Modulhandbuch für den Studiengang Chemieingenieurwesen ...¼cher/Bachelor+... · 5 Realisierung der zuvor auf molekularer Ebene erforschten Prozesse. Auch Disziplinen wie Bioverfahrenstechnik

1

Modulhandbuch für den

Studiengang

Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung

Stand: 02.02.2016

2

Inhaltsverzeichnis

1 Konzept unserer verfahrenstechnischen Ausbildung ...................................................................... 4 1.1 Verfahrenstechnik als Ingenieurdisziplin ................................................................................. 4 1.2 Das Studienkonzept ................................................................................................................ 4

2 Beschreibung der Ziele des Studienganges Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung .................................................................................................................................... 4

2.1 Ziele der Ausbildung ................................................................................................................ 4 2.2 Ziele des Bachelorstudienganges Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung ............................................................................................................................... 5 2.3 Ziele des Masterstudienganges Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung ............................................................................................................................... 6

3 Bachelorstudiengang Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung, Pflichtmodule ........................................................................................................................................... 7

3.1 Mathematik I ............................................................................................................................ 7 3.2 Mathematik II ........................................................................................................................... 8 3.3 Stochastik .............................................................................................................................. 10 3.4 Simulationstechnik ................................................................................................................. 11 3.5 Physik .................................................................................................................................... 13 3.6 Anorganische Chemie ........................................................................................................... 15 3.7 Organische Chemie ............................................................................................................... 17 3.8 Physikalische Chemie ........................................................................................................... 19 3.9 Konstruktionselemente I ........................................................................................................ 21 3.10 Konstruktionselemente II und Apparateelemente als Blockveranstaltung ........................ 22 3.11 Werkstofftechnik ................................................................................................................ 23 3.12 Technische Thermodynamik ............................................................................................. 25 3.13 Strömungsmechanik .......................................................................................................... 27 3.14 Messtechnik ....................................................................................................................... 29 3.15 Chemische Prozesskunde ................................................................................................. 31 3.16 Reaktionstechnik ............................................................................................................... 33 3.17 Partikeltechnologie ............................................................................................................ 35 3.18 Produktgestaltung .............................................................................................................. 37 3.19 Anorganische Molekülchemie ............................................................................................ 38 3.20 Moderne organische Synthesemethoden .......................................................................... 40 3.21 Physikalische Chemie II: Aufbau der Materie .................................................................... 41 3.22 Produktcharakterisierung / Moderne Analysemethoden ................................................... 43 3.23 Chemie Wasser, Boden, Luft ............................................................................................. 44 3.24 Bioverfahrenstechnik ......................................................................................................... 46 3.25 Praktikum Grundoperationen ............................................................................................. 48 3.26 Technische Chemie ........................................................................................................... 49 3.27 Nichttechnische Fächer ..................................................................................................... 51 3.28 Industriepraktikum, Exkursion, Seminarvortrag ................................................................. 52 3.29 Bachelorarbeit .................................................................................................................... 54

4 Bachelorstudiengang Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung, Wahlpflichtmodule ................................................................................................................................. 55

4.1 Allgemeine Elektrotechnik I ................................................................................................... 55 4.2 Allgemeine Elektrotechnik II .................................................................................................. 56 4.3 Anlagenbau............................................................................................................................ 57 4.4 Apparatetechnik ..................................................................................................................... 59 4.5 Biochemie .............................................................................................................................. 61 4.6 Blockseminar – Anleitung zum wissenschaftlichen Arbeiten ................................................ 62 4.7 Funktionale Materialien für die Energiespeicherung ............................................................. 63 4.8 Präparationsprinzipien poröser Materialien ........................................................................... 65 4.9 Prinzipien der Wirkstoffforschung .......................................................................................... 67 4.10 Prozessdynamik I .............................................................................................................. 70 4.11 Regelungstechnik .............................................................................................................. 72 4.12 Statistische Planung und Auswertung von Versuchen ...................................................... 74

3

5 Masterstudiengang Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung, Pflichtmodule ......................................................................................................................................... 75

5.1 Produktfunktionalisierung: Metallorganik und homogene Katalyse ....................................... 75 5.2 Produktfunktionalisierung: Wirkstoffe für die Pharmaindustrie .............................................. 77 5.3 Produktfunktionalisierung: Moderne Materialien ................................................................... 79 5.4 Produktcharakterisierung: Struktur-Eigenschafts-Beziehungen ............................................ 80 5.5 Chemisches Vertiefungspraktikum ........................................................................................ 82 5.6 Nichttechnische Fächer ......................................................................................................... 83 5.7 Masterarbeit ........................................................................................................................... 84

6 Masterstudiengang Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung, Wahlpflichtfächer ................................................................................................................................... 85

6.1 Adsorption und heterogene Katalyse .................................................................................... 85 6.2 Anleitung zum wissenschaftlichen Arbeiten – Blockseminar ................................................ 87 6.3 Aufbereitungstechnik und Recycling ..................................................................................... 88 6.4 Bioseparationen ..................................................................................................................... 90 6.5 Cell Culture Engineering ........................................................................................................ 91 6.6 Chemie aromatischer Heterocyclen ...................................................................................... 93 6.7 Chemie der f-Elemente: Lanthanoide .................................................................................... 95 6.8 Chemie der Signaltransduktion ............................................................................................. 96 6.9 Computational Fluid Dynamics .............................................................................................. 97 6.10 Consequences of accidents in industry ............................................................................. 99 6.11 Downstream Processing of Biologicals ........................................................................... 101 6.12 Dynamik komplexer Strömungen .................................................................................... 103 6.13 Electrochemical Process Engineering ............................................................................. 104 6.14 Erzeugung von Nanopartikeln ......................................................................................... 106 6.15 Integrierte innovative Reaktorkonzepte ........................................................................... 108 6.16 Machine Learning for Computational Biology .................................................................. 110 6.17 Measurement of physical particle properties ................................................................... 112 6.18 Mechanische Trennprozesse .......................................................................................... 114 6.19 Methoden der Proteinanalytik .......................................................................................... 116 6.20 Mikrobielle Biochemie ...................................................................................................... 118 6.21 Modern organic synthesis ................................................................................................ 120 6.22 Molecular Modelling/Computational Biology and Chemistry ........................................... 121 6.23 Molekulares Modellieren .................................................................................................. 122 6.24 Numerische Methoden an Beispielen aus der chemischen Verfahrenstechnik .............. 123 6.25 Numerische Strömungsmechanik.................................................................................... 124 6.26 Numerische Werkzeuge für technisch-chemische Problemstellungen ........................... 126 6.27 Partikelmechanik und Schüttguttechnik .......................................................................... 128 6.28 Partikelmesstechnik ......................................................................................................... 130 6.29 Praktikum Neue Materialien / Metallorganik II ................................................................. 132 6.30 Praktikum Wirkstoffe ........................................................................................................ 134 6.31 Präparationsprinzipien poröser Materialien ..................................................................... 135 6.32 Prinzipien der Wirkstoffforschung .................................................................................... 137 6.33 Prozessdynamik I ............................................................................................................ 140 6.34 Prozessoptimierung ......................................................................................................... 141 6.35 Prozess- und Anlagensicherheit ...................................................................................... 143 6.36 Reaktionstechnik in mehrphasigen Systemen ................................................................ 144 6.37 Statistische Planung und Auswertung von Versuchen .................................................... 146 6.38 Strukturaufklärung – Blockseminar.................................................................................. 147 6.39 Technische Kristallisation ................................................................................................ 149 6.40 Technology and Innovation Management in the Biotech Industry .................................. 151 6.41 Totalsynthese von Naturstoffen ....................................................................................... 153 6.42 Toxikologie und Gefahrstoffe ........................................................................................... 154 6.43 Trocknungstechnik........................................................................................................... 155 6.44 Wirbelschichttechnik ........................................................................................................ 157

4

1 Konzept unserer verfahrenstechnischen Ausbildung

1.1 Verfahrenstechnik als Ingenieurdisziplin Verfahrenstechnik erforscht, entwickelt und verwirklicht

energetisch effiziente,

ökologisch verträgliche und damit

wirtschaftlich erfolgreiche

industrielle Stoffwandlungsverfahren, die mit Hilfe von physikalischen, biologischen oder chemischen Einwirkungen aus Rohstoffen wertvolle Produkte erzeugt. So werden aus Feinchemikalien Arzneimittel, aus Erdöl Funktionswerkstoffe, aus Gestein Baustoffe und Gläser, aus Erzen Metalle, aus Abfall Wertstoffe oder Energie, aus Sand Siliziumchips oder Glas und aus landwirtschaftlichen Rohstoffen Lebensmittel, um nur einige Beispiele zu nennen. Die Verfahrenstechnik ist allgegenwärtig, wenn auch nicht immer ganz explizit und auf den ersten Blick erkennbar – und für Wirtschaft und Gesellschaft unverzichtbar. Vor allem dann unverzichtbar, wenn letztere den Wunsch nach Wohlstand mit der Forderung nach Effizienz, Nachhaltigkeit und einen schonenden Umgang mit Menschen und Umwelt verbindet.

1.2 Das Studienkonzept Der Studiengang „Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung“ ist Bestandteil eines ganzheitlichen Magdeburger Konzepts verfahrenstechnischer Studiengänge. Dieser Studiengang hier in Magdeburg zeichnet sich durch die komplexe inhaltliche, multiskalige und interdisziplinäre Verknüpfung aller Teilbereiche der Ingenieursausbildung aus und fokussiert auf das Molekül und dessen Struktur als kleinste Baugruppe stoffwandelnder Prozesse. Basis dieses chemieorientierten Ingenieurstudienganges ist die Vermittlung eines soliden Grundlagenwissens und detaillierten Verständnisses der physikalischen, chemischen und biochemischen Grundvorgänge. Darauf aufbauend werden auch in diesem Studiengang alle ein Verfahren (System) ausmachenden Elemente (Prozesse, Teilprozesse, Mikroprozesse, elementaren Grundvorgänge) und deren Zusammenwirken in einer ganzheitlichen Analyse betrachtet. Das Konzept ist darauf ausgerichtet, dass die vertieften Synthese- und Analytikkenntnisse der Studierenden dieses Studienganges kombiniert mit den methodischen Konzepten der Verfahrenstechniker im Diskurs zur Problemlösung herangezogen werden können.

2 Beschreibung der Ziele des Studienganges Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung

2.1 Ziele der Ausbildung

Dieser moderne Studiengang ist an der Schnittstelle zwischen Chemie und Ingenieurwissenschaften angesiedelt. Dabei spielt die Entwicklung neuer Materialien, wie z. B. Nanostrukturen und die Auffindung und Systeme neuer Wirkstoffe für die pharmazeutische Industrie eine große Rolle. Weiterhin ist die Erforschung neuer Katalysatoren für z. B. eine saubere Umwelt genauso von Bedeutung wie das souveräne Umgehen mit der mathematischen Auslegung eines Reaktors für die großtechnische

5

Realisierung der zuvor auf molekularer Ebene erforschten Prozesse. Auch Disziplinen wie Bioverfahrenstechnik oder moderne analytische Methoden sind Teil des Studiums. Das Studium bietet Einblick in das experimentelle Arbeiten im Labor. Praktika in der Industrie ermöglichen erste Erfahrungen bei der Arbeit mit großtechnischen Produktionsanlagen. Damit ergibt sich die Möglichkeit, in beiden Gebieten Kompetenzen zu erlangen und berufliche Perspektiven zu erweitern.

Mögliche Berufs- und Einsatzfelder: Chemische und pharmazeutische Industrie, Futter-, Nahrungs- und Genussmitteltechnik, Werkstofftechnik, Apparate-, Maschinen- und Anlagenbau u.a.m. Voraussetzungen für das Studium Solide Schulkenntnisse in Naturwissenschaften und Mathematik sowie ein technisches Grundverständnis; Interesse und Spaß an naturwissenschaftlich-technischen Fragestellungen und an der Umsetzung naturwissenschaftlicher Grundlagen in die Praxis. 8 Wochen Grundpraktikum vor Studienbeginn sind Voraussetzung Der Studiengang Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung ist konsekutiv aufgebaut, d. h. nach dem berufsqualifizierenden Bachelorabschluss wird ein fortführendes Masterstudium angeboten. 2.2 Ziele des Bachelorstudienganges Chemieingenieurwesen: Molekulare und

strukturelle Produktgestaltung

Der Studiengang Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung ist modular aufgebaut. In der Regelstudienzeit von 7 Semestern sind 210 Creditpoints zu erwerben.

Im Bachelorstudiengang werden die Grundlagen in den wesentlichen naturwissenschaftlichen sowie ingenieurwissenschaftlichen und technischen Fächern über einen vergleichsweise hohen Anteil an Pflichtveranstaltungen vermittelt. Erste Möglichkeiten der Spezialisierung bietet ein Block von Wahlpflichtmodulen. Engagierte Professoren und Dozenten, ein gutes Betreuungsverhältnis, Praktika in modernen Laboren und enge Kontakte zur Industrie bieten dabei optimale Voraussetzungen für ein erfolgreiches Studium. Die Absolventen erwerben einen ersten berufsqualifizierenden Abschluss und sind befähigt, etablierte Methoden aus Chemie und Verfahrenstechnik zur Problemlösung anzuwenden. Der Ingenieurstudiengang liefert den Studenten die notwendigen Grundlagen und Fähigkeiten, um im Masterstudiengang einen zweiten berufs- und forschungsqualifizierenden Abschluss mit dem akademischen Grad „Master of Science“ zu erlangen.

Bachelor ( 7 Semester)

Naturwissenschaftliche Grundlagen

Ingenieurwissenschaft-liche Grundlagen

Ingenieurtechnische Fächer

Fachpraktika

Mathematik Konstruktion Spezialpraktika in der Chemie

Physik Werkstoffe Moderne Syntheseprinzipien

Industriepraktikum

Anorganische und Organische Chemie

Strömungen Analysemethoden

Physikalische Chemie Thermodynamik Wahlpflichtbereich Bachelorarbeit

Technische Chemie Partikeltechnologie

6

Produktgestaltung

Reaktionstechnik

2.3 Ziele des Masterstudienganges Chemieingenieurwesen: Molekulare und

strukturelle Produktgestaltung

Neben Pflichtmodulen aus den Bereichen der Produktfunktionalisierung und Produktcharakterisierung stellen sich die Studenten aus einem breiten und interessanten Wahlpflichtangebot eigenverantwortlich ihre Module zusammen. Außerdem bearbeiten sie in der Masterarbeit selbstständig ein anspruchsvolles wissenschaftliches Forschungsprojekt. Dabei erwerben sie in der Regelstudienzeit von 3 Semestern 90 Creditpoints. Den Studenten des Masterstudiengangs werden umfangreiche Kompetenzen zur Kombination von grundlagenorientierten Fragestellungen, insbesondere aus den Bereichen Chemie, mit verfahrenstechnischen Problemen vermittelt. Die Absolventen können Produkte, Prozesse und Verfahren eigenverantwortlich entwickeln und gestalten. Damit treten sie in die bewährte Tradition des weltweit hoch angesehenen Diplomingenieurs und sind weiterhin international gefragte Experten. Mit diesem zweiten berufs- und forschungsqualifizierenden Abschluss stehen den Absolventen vielfältige kreative Tätigkeitsfelder in führenden Industrieunternehmen und innovativen Forschungseinrichtungen offen.

Master (3 Semester)

Vertiefung

Metallorganik und Wirkstoffforschung

Katalyse und Produktcharakterisierung

Masterarbeit

Technische und nichttechnische Wahlpflichtfächer

7

3 Bachelorstudiengang Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung, Pflichtmodule

3.1 Mathematik I

Studiengang: Pflichtmodul Bachelor Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung

Modul: Mathematik I

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten haben grundlegende mathematische Fähigkeiten zur Modellierung und Lösung ingenieurtechnischer Problemstellungen erworben. Die Studierenden können lineare Gleichungssysteme lösen, einfache Funktionen differenzieren und integrieren. Sie können Kurvenintegrale berechnen. Die Studierenden verstehen wichtige mathematische Grundkonzepte für Modellierung in der Kontinuumsmechanik.

Inhalt

Mathematische Grundbegriffe

Grundlagen der Linearen Algebra

Endlich-dimensionale euklidische Räume

Differenzialrechnung für Funktionen einer und mehrerer Variablen

Koordinatentransformationen

Integralrechnung für Funktionen einer reellen Variablen

Kurvenintegrale

Numerische Aspekte der Themen, mathematische Software

Lehrformen: Vorlesung, Übung; (WS); (1. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme:

Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 84 Stunden, Selbststudium: 156 Stunden

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: K 120 / 8 CP

Modulverantwortlicher: Der jeweils verantwortliche Hochschullehrer ist dem aktuell gültigen Vorlesungsverzeichnis zu entnehmen. Prof V. Kaibel, FMA Weitere Dozenten: Prof. M. Simon, Prof. G. Warnecke

Literaturhinweise: - Arens, Hettlich, Karpfinger, Kockelkorn, Lichtenegger, Stachel: Mathematik, Spektrum

Akademischer Verlag 2008 - Bärwolff: Höhere Mathematik, Spektrum Akademischer Verlag, 2006 - Meyberg, Vachenauer: Höhere Mathematik I, Springer 2003 - Hoffmann, Marx, Vogt: Mathematik 1/2 für Ingenieure, Pearson Studium, 2005/2006 - Papula: Mathematik für Ingenieure und Naturwisenschaftler (Band 1, Band 2), Vieweg, 2001 - Ansorge, Oberle: Mathematik für Ingenieure (Band 1, Band 2), Akademie Verlag, 1994

8

3.2 Mathematik II


Modul: Mathematik II

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten erwerben, aufbauend auf den grundlegenden mathematischen Fähigkeiten zur Modellierung und Lösung ingenieurtechnischer Problemstellungen, die Kompetenz zur Beherrschung der für die fachwissenschaftlichen Module relevanten Konzepte und Methoden aus Analysis und Linearer Algebra. Die Studierenden können einfache gewöhnliche Differentialgleichungen lösen. Die Studierenden können einfache mathematische Optimierungsaufgaben lösen. Die Studierenden können mehrfache Integrale und Oberflächenintegrale lösen. Die Studierenden können fortgeschrittene Lösungsverfahren für lineare Gleichungssysteme anwenden. Die Studierenden kennen wichtige Integralsätze und einige Grundlagen partieller Differentialgleichungen.

Inhalt

Gewöhnliche Differenzialgleichungen

Aspekte der Mathematischen Optimierung

Weiterführende Inhalte der Linearen Algebra

Lösungsverfahren für lineare Gleichungssysteme

Integralrechnung für Funktionen mehrerer reeller Veränderlicher

Vektorfelder

Oberflächenintegrale

Integralsätze

Grundlagen partieller Differentialgleichungen

Numerische Aspekte der Themen, mathematische Software

Lehrformen: Vorlesung, Übung; (SS); (2.+3. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme: Mathematik I



9

Modulverantwortlicher: Der jeweils verantwortliche Hochschullehrer ist dem aktuell gültigen Vorlesungsverzeichnis zu entnehmen. Prof. Dr. V. Kaibel, FMA Weitere Dozenten: Prof. M. Simon, Prof. G. Warnecke

Literaturhinweise: - Arens, Hettlich, Karpfinger, Kockelkorn, Lichtenegger, Stachel: Mathematik, Spektrum

Akademischer Verlag 2008 - Bärwolff: Höhere Mathematik, Spektrum Akademischer Verlag, 2006 - Meyberg, Vachenauer: Höhere Mathematik I, Springer 2003 - Hoffmann, Marx, Vogt: Mathematik 1/2 für Ingenieure, Pearson Studium, 2005/2006 - Papula: Mathematik für Ingenieure und Naturwisenschaftler (Band 1, Band 2), Vieweg, 2001 - Ansorge, Oberle: Mathematik für Ingenieure (Band 1, Band 2), Akademie Verlag, 1994

10

3.3 Stochastik


Modul: Stochastik für Ingenieure

Ziele des Moduls (Kompetenzen):

─ Die Studierenden erkennen zufallsbedingte Vorgänge und verstehen, diese mit stochastischen Methoden auszuwerten und entsprechende fundierte Entscheidungen zu treffen.

─ Sie entwickeln Fähigkeiten zur Modellierung und Bewertung von Zufallsexperimenten und beherrschen grundlegende Regeln bei der Auswertung statistischer Daten.

─ Die Studenten beherrschen die für die fachwissenschaftlichen Module relevanten Konzepte und Methoden aus der Stochastik.

Inhalt

Modellierung von Zufallsexperimenten

Zufallsgrößen und ihre Kenngrößen

Zufallsvektoren und Funktionen von Zufallsgrößen

Unabhängigkeit von und Korrelation zwischen Zufallsgrößen

Gesetze der Großen Zahlen und Zentraler Grenzwertsatz

Statistische Analysen (Schätzer, Konfidenzbereiche, Tests von Hypothesen)

Lehrformen: Vorlesung, Übung; (SS); (4. Semester)




Modulverantwortlicher: apl. Prof. W.Kahle, FMA

Literaturhinweise: Christoph/Hackel: Starthilfe Stochastik, Vieweg+Teubner-Verlag 2010.

11

3.4 Simulationstechnik


Modul: Simulationstechnik

Ziele des Moduls (Kompetenzen): In dieser Vorlesung haben die Studenten die Fähigkeit erlangt, die inzwischen weit verbreitete, kommerzielle mathematisch-numerische Programmierumgebung MatLab

® als ein umfangreiches

Ingenieurswerkzeug zu erlernen und zu benutzen, um damit Probleme und Aufgabenstellungen aus folgenden Studienveranstaltungen zu bearbeiten, in der eigenen wissenschaftliche Arbeiten anzuwenden und auch im späteren industriellen Arbeitsalltag auf vielfältige Weise zum Einsatz zu bringen. Zu Beginn der Vorlesung werden zunächst in einer kompakten Einführung die wichtigsten Grundlagen der Programmierung mit den relevanten numerischen Verfahren vermittelt. Danach erfolgt eine detaillierte, praxisorientierte Einführung in die Software. Das erworbene Wissen wird an einer Auswahl von studienfachbezogenen Problemstellungen aus den Bereichen Chemie- und Energietechnik als auch der Biotechnologie gefestigt und vertieft.

Inhalt: Theorie der Simulationstechnik

Grundlagen allgemeiner Simulationsmethodik: Beispiele und Nutzen

Grundlegende Schritte: Realität, Modell, Simulation

Modellgleichungen und Lösungsalgorithmen

Grundlagen zu relevanten numerischen Verfahren und Algorithmen

Simulationstechniken zur Modellanalyse und Parameterbestimmung

Einsatz der Simulation für Analyse, Optimierung und Design Praktische Einführung in MATLAB

Softwarenutzung und Programmiertechniken

Funktionsaufrufe und Datenvisualisierung

Numerische Lösung algebraischer, differentieller und integraler Gleichungen

Simulation kontinuierlicher Systeme: Bilanzmodelle und chemischen Reaktoren

Simulation diskreter Systeme: Verkehrsprobleme und biotechnologischen Modelle

Lehrformen: 1 SWS Vorlesung, 1 SWS Hörsaalübung und 1 SWS Computerlabor-Übung; (WS); (3. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme: Mathematik I und II


Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Programmierung, Schriftliche Prüfung (K120) / 5 CP

Modulverantwortlicher: Dr. A. Voigt, FVST

12

Literaturhinweise: Benker, Mathematik mit MATLAB : Eine Einführung für Ingenieure und Naturwissenschaftler, Springer 2000, Bungartz Modellbildung und Simulation Springer 2009.

13

3.5 Physik


Modul: Physik


Die Studenten können sicher mit den Grundlagen der Experimentalphysik (Mechanik, Wärme, Elektromagnetismus, Optik, Atomphysik) umgehen. Sie können induktive und deduktive Methoden zur physikalischen Erkenntnisgewinnung mittels experimenteller und mathematischer Herangehensweise nutzen. Sie können

die Grundlagen im Gebiet der klassischen Mechanik und Thermodynamik beschreiben,

die mathematische Beschreibung dieser Grundlagen erklären,

die Grundlagen und ihre mathematische Beschreibung anwenden, um selbstständig einfache physikalische Probleme zu bearbeiten,

forschungsnahe Experimente durchführen

Messapparaturen selbstständig aufbauen

Messergebnisse auswerten

Inhalt:

Kinematik, Dynamik der Punktmasse und des starren Körpers, Erhaltungssätze, Mechanik deformierbarer Medien, Hydrostatik und Hydrodynamik, Thermodynamik, kinetische Gastheorie

Felder, Gravitation, Elektrizität und Magnetismus, Elektrodynamik, Schwingungen und Wellen, Strahlen- und Wellenoptik, Atombau und Spektren, Struktur der Materie

Hinweis: Modul baut auf Physik I auf; fakultative Teilnahme an weiteren Übungen (2 SWS) möglich Übungen zu den Vorlesungen

Bearbeitung von Übungsaufgaben zur Experimentalphysik Physikalisches Praktikum

Durchführung von physikalischen Experimenten zur Mechanik, Wärme, Elektrik, Optik

Messung physikalischer Größen und Ermittlung quantitativer physikalischer Zusammenhänge Hinweise und Literatur sind zu finden unter http://www.uni-magdeburg.de/iep/lehreiep.html oder http://hydra.nat.uni-magdeburg.de/ing/v.html

Lehrformen: Vorlesung / Übung / Praktikum; (WS); (1.+2. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme: Physik 1. Semester: keine; Physik 2. Semester: Lehrveranstaltungen aus dem 1. Semester


Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Praktikumsschein / K 180 / 10 CP

Modulverantwortlicher: Prof. Dr. R. Goldhahn, FNW

http://www.uni-magdeburg.de/iep/lehreiep.html

http://hydra.nat.uni-magdeburg.de/ing/v.html

14

Literaturhinweise:

Heribert Stroppe, unter Mitarbeit von Heinz Langer, Peter Streitenberger und Eckard Specht: PHYSIK für Studierende der Natur- und Ingenieurwissenschaften, Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, München, Wien, 15. Auflage, 2012, ISBN 978-3-446-42771-6.

E. Hering, R. Martin, M. Stohrer: Physik für Ingenieure, Springer, 1997.

P. Dobrinski, G. Krakau, A. Vogel: Physik für Ingenieure, Teubner, 1996.

E. Gerlach, P. Grosse: Physik - Eine Einführung für Ingenieure, Teubner, 1991.

D. Meschede: Gerthsen Physik, Springer, 2003.

W. Demtroeder: Experimentalphysik (mehrbändiges Werk), Springer, 1994.

Bergmann-Schaefer: Lehrbuch der Experimentalphysik (mehrbändiges Werk), Walter de Gruyter, 11. Auflage, 1998

15

3.6 Anorganische Chemie


Modul: Anorganische Chemie

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Ausgehend von grundlegenden Gesetzmäßigkeiten des Atombaus und der Anordnung der Elemente im Periodensystem können die Studierenden Prinzipien und Gesetzmäßigkeiten der Allgemeinen und Anorganischen Chemie im Zusammenhang betrachten und auf die Eigenschaften und das Reaktionsverhalten der Elemente und Verbindungen übertragen. Die Übungen dienen der Festigung des Vorlesungsstoffes und führen zu einem sicheren Umgang der Studierenden mit mathematisch fassbaren Inhalten z. B. aus den Bereichen der Stöchiometrie und der chemischen Gleichgewichte. Im Praktikum erwerben die Studierenden Kompetenzen im sicheren Umgang mit Gefahrstoffen und können ihr theoretisches Wissen zur Chemie wässriger Lösungen anhand einfacher Nachweisreaktionen auf die Laborpraxis übertragen.

Inhalt 1. Aufbau der Materie, Atomaufbau, Kernreaktionen, Radioaktivität Bohrsches Atommodell,

Quantenzahlen, Orbitale (s, p, d), Pauli-Prinzip, Hund'sche Regel, Struktur der Elektronenhülle Mehrelektronensysteme, Periodensystem der Elemente Ionisierungsenergie, Elektronenaffinität, Ionenbindung Atombindung (kovalente Bindung), Lewis-Formeln, Oktettregel, dative Bindung,

Valenzbindungstheorie (VB), Hybridisierung, -Bindung, π-Bindung, Mesomerie 2. Molekülorbitaltheorie (MO-Theorie), Dipole, Elektronegativität, VSEPR-Modell, Van der Waals-

Kräfte, , Ideale Gase, Zustandsdiagramme Thermodynamik chemischer Reaktionen, Reaktionsenthalpie, Standard-bildungsenthalpie, Satz von Heß, Chemisches Gleichgewicht, Massenwirkungsgesetz, Entropie, Geschwindigkeit chemischer Reaktionen (1. Ordnung), Arrhenius Gleichung, Katalyse (homogen, heterogen), Ammoniaksynthese, Synthese von Schwefeltrioxid

3. Lösungen, Elektrolyte, Löslichkeitsprodukt, Säure-Base Theorie (Arrhenius) (Bron-sted), pH-Wert, Oxidationszahlen, Oxidation, Reduktion, Redoxvorgänge Wasserstoff (Vorkommen, Eigenschaften, Darstellung) Wasserstoffverbindungen Edelgase (Vorkommen, Eigenschaften, Verwendung) Edelgasverbindungen Halogene (Eigenschaften, Vorkommen, Darstellung) Verbindungen der Halogene, Chalkogen (Eigenschaften, Vorkommen, Darstellung) Verbindungen der Chalkogene

4. Sauerstoffverbindungen, Oxide, Hyperoxide, Gewinnung von Schwefel (Frasch Verfahren) Schwefelverbindungen, Schwefelsäureherstellung (techn.)

5. Elemente der 5. Hauptgruppe (Eigenschaften, Vorkommen, Darstellung) Stickstoff-Wasserstoffverbindungen, Ammoniaksynthese, Stickoxide, Salpetersäureherstellung Elemente der 4. Hauptgruppe (Eigenschaften, Vorkommen, Darstellung) Carbide, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Carbonate, Siliziumdioxid, Herstellung von Reinstsilizium, Silikate, Gläser

6. Elemente der 3. Hauptgruppe (Eigenschaften, Vorkommen, Darstellung) 7. Elemente der 2. Hauptgruppe (Eigenschaften, Vorkommen, Darstellung) Elemente der 1.

Hauptgruppe (außer Wasserstoff) (Eigenschaften, Vorkommen, Darstellung) Praktikum: Einführung in grundlegende Labortechnik anhand von Ionenreaktionen in wässriger Lösung sowie der qualitativen und quantitativen Analyse.

Lehrformen: Vorlesung, Übung, Praktikum; (WS); (1. Semester)

16


Arbeitsaufwand: Präsenzzeit 70 Stunden, Selbststudium: 140 Stunden

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: K 120 / Praktikumsschein / 7 CP

Modulverantwortlicher: Prof. Dr. F. T. Edelmann, FVST

Literaturhinweise: Erwin Riedel: Allgemeine und Anorganische Chemie (de Gruyter Studium)

17

3.7 Organische Chemie


Modul: Organische Chemie

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Ausgehend von der grundlegenden Einteilung organischer Verbindungen können die Studierenden aus wichtigen Strukturmerkmalen (funktionelle Gruppen) Gesetzmäßigkeiten für das Reaktionsverhalten ableiten. Sie kennen und verstehen die wesentlichen Reaktionsmechanismen und Leitprinzipien der organischen Chemie und sind zur Analyse und Vorhersage des Reaktionsverlaufs chemischer Reaktionen befähigt. Mit dieser Grundlage der Syntheseplanung besitzen die Studierenden das Basisverständnis für die Inhalte aufbauender Module. Nach Abschluss des Praktikums beherrschen die Studierenden den sicheren Umgang mit Gefahrstoffen sowie Labor- und Messgeräten.

Inhalt:

Systematik organischer Verbindungen

Systematische Nomenklatur organischer Verbindungen

Struktur und Bindung am Kohlenstoffatom

Struktur und Bindung organischer Moleküle

Grundlegende elektronische und sterische Effekte

Struktur-Reaktivitäts-Beziehungen

Grundlagen der Stereochemie

Radikalreaktionen

Nucleophile Substitutionsreaktionen

Eliminierungen

Additionsreaktionen

Substitutionsreaktionen am aromatischen System

Carbonylreaktionen

Umlagerungen

Oxidationen und Reduktionen Praktikum:

Reinigung und Charakterisierung von organischen Substanzen

Stoffgruppenspezifische Analytik

Synthese organischer Verbindungen und Nutzung chromatographischer Methoden

Lehrformen: Vorlesung (1+2 SWS), Übung (1 SWS), Praktikum mit begleitendem Seminar (2 SWS), (WS); (1.+2. Semester)



Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: K 120 / unbenoteter LN für LV im 1. Semester / Praktikumsschein / 8 CP

Modulverantwortlicher: PD Dr. E. Haak in Zusammenarbeit mit Dr. S.Busse, FVST

18

Literaturhinweise:

K. P. C. Vollhard, Organische Chemie, Wiley-VCH, Weinheim

P. Sykes, Reaktionsmechanismen der Organischen Chemie, Wiley-VCH, Weinheim

Vorlesungsskript zum Download

19

3.8 Physikalische Chemie


Modul: Physikalische Chemie

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden sind befähigt, mit Grundbegriffen, wichtigen Gesetzmäßigkeiten und Messmethoden der Physikalischen Chemie sicher umgehen zu können. Die Studierenden erwerben Basiskompetenzen in den Bereichen (chemische) Thermodynamik, Kinetik und Elektrochemie, da vor allem makroskopische, weniger mikroskopische Zusammenhänge betrachtet werden. In der Übung wird das Lösen physikalisch-chemischer Probleme anhand ausgewählter Rechenbeispiele trainiert. Im Praktikum wird das theoretische Wissen angewendet und auf das Messen von physikalischen-chemischen Größen übertragen. Trainiert werden sowohl die Beobachtungsgabe und kritische Messwerterfassung als auch eine fundierte Darstellung der Ergebnisse im zu erstellenden Protokoll.

Inhalt Block 1: Einführung

Abriss der Hauptgebiete der Physikalischen Chemie; Grundbegriffe, -größen und Arbeitsmethoden der Physikalischen Chemie Chemische Thermodynamik System und Umgebung, Zustandsgrößen und Zustandsfunktionen, 0. Hauptsatz; Gasgleichungen, thermische Zustandsgleichung; Reale Gase, kritische Größen, Prinzip der korrespondierenden Zustände Block 2: 1. Hauptsatz und kalorische Zustandsgleichung; Temperaturabhängigkeit von innerer Energie und Enthalpie: molare und spezifische Wärmekapazitäten; Reaktionsenergie und -enthalpie, Heßscher Satz; Isothermen und Adiabaten; Umsetzung von Wärme und Arbeit: Kreisprozesse; 2. Hauptsatz, Entropie, und 3. Hauptsatz Block 3: Konzentration auf das System: Freie Energie und Freie Enthalpie; Chemisches Potential und seine Abhängigkeit von Druck, Volumen, Temperatur und Molenbruch; Mischphasen: wichtige Beziehungen und Größen, partiell molare Größen; Mischungseffekte; Joule-Thomson-Effekt Block 4: Phasengleichgewichte in Ein- und Mehrkomponentensystemen; Gibbs'sche Phasenregel; Clapeyron- und Clausius-Clapeyron-Beziehung; Raoultsches Gesetz, Dampfdruck- und Siedediagramme binärer Systeme, Azeotrope; Kolligative Eigenschaften; Schmelzdiagramme binärer Systeme Block 5: Chemisches Gleichgewicht: Massenwirkungsgesetz, Gleichgewichtskonstante und ihre Druck- und Temperaturabhängigkeit; Oberflächenenergie: Oberflächenspannung, Eötvös'sche Regel, Kelvin-Gleichung Kinetik homogener und heterogener Reaktionen Grundbegriffe: allgemeiner Geschwindigkeitsansatz, Ordnung und Molekularität; einfache Geschwindigkeitsgesetze; Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit: Arrhenius-Ansatz Block 6: Komplexere Geschwindigkeitsgesetze: Folgereaktionen, Quasistationaritätsnäherung und vorgelagerte

20

Gleichgewichte; Kettenreaktionen und Explosionen; Katalyse allgemein; Adsorption und heterogene Katalyse Block 7: Elektrochemie (Thermodynamik und Kinetik geladener Teilchen) Grundbegriffe; Starke und schwache Elektrolyte; Elektrodenpotentiale und elektromotorische Kraft; Spannungsreihe; Halbzellen und Batterien (galvanische Zellen); Korrosion; Doppelschichten; Kinetik von Elektrodenprozessen Parallel zur Vorlesung, die hier in 7 Blöcke á je 4 Unterrichtsstunden (2 Semesterwochen) gegliedert ist, werden Rechenübungen, in denen die Studierenden die Lösung entsprechender physikalisch-chemischer Probleme üben sollen, sowie ein Praktikum durchgeführt; in letzterem werden verschiedene Versuche aus den in der Vorlesung behandelten Gebieten durchgeführt.

Lehrformen: Vorlesung, Rechenübung, Praktikum mit Seminar; (SS); (4. Semester)



Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: K 120 / Praktikumsschein / 7 CP

Modulverantwortlicher: Prof. H. Weiß, FVST in Zusammenarbeit mit PD Dr. J. Vogt

Literaturhinweise: - Atkins, Peter W. ; De Paula, Julio; "Physikalische Chemie", Wiley-VCH - Atkins, Peter W. ; De Paula, Julio; "Kurzlehrbuch Physikalische Chemie", Wiley-VCH - Wedler, Gerd; "Lehrbuch der Physikalischen Chemie", Wiley-VCH

21

3.9 Konstruktionselemente I


Modul: Konstruktionselemente I

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden können Konstruktionszeichnungen verstehen und kleine Konstruktionen durchführen.

Inhalt: 1. Projektionslehre (Grundlagen, Normalprojektion, isometrische Projektion, Darstellung und

Durchdringung von Körpern, Schnittflächen) 2. Normgerechtes Darstellen (Schnittdarstellung, Bemaßung von Bauteilen, Lesen von

Zusammenstellungszeichnung von Baugruppen) 3. Gestaltabweichungen (Maßabweichungen (Toleranzen und Passungen), Form- und

Lageabweichungen, Oberflächenabweichungen, Eintrag in Zeichnungen) 4. Gestaltungslehre, Grundlagen der Gestaltung (Methodik) 5. Fertigungsgerechtes Gestalten (Gestaltung eines Bauteils)

Lehrformen: Vorlesung, Übung mit Belegarbeiten und einer Leistungskontrolle; (WS); (1. Semester)



Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: K120 / 5 CP

Modulverantwortlicher: Prof. K.-H. Grote, FMB Lehrende: Prof. K.-H. Grote, Dr.-Ing. R. Träger

Literaturhinweise: Hoischen/Hesser. Technisches Zeichnen. Berlin: Cornelsen Verlag Weitere Literaturhinweise im Vorlesungsskript

22

3.10 Konstruktionselemente II und Apparateelemente als Blockveranstaltung


Modul: Konstruktionselemente II und Apparateelemente als Blockveranstaltung

Ziele des Moduls (Kompetenzen): o Verstehen der Funktionsweise von wichtigen Konstruktionselementen o Erlernen/Ausprägung von Fähigkeiten und Fertigkeiten zur Dimensionierung von

Konstruktionselementen

Inhalt: o Grundlagen der Dimensionierung o Aufgaben, Funktion und Dimensionierung von Verbindungselementen, Welle-Nabe-

Verbindungen, Federn, Achsen und Wellen, Wälzlagern, Gleitlagern, Dichtungen, Kupplungen und Bremsen, Zahnrädern und Zahnradgetrieben und Zugmittelgetrieben

Lehrformen: Vorlesung und Übung; (SS); (4. Semester), Hinweise zur Blockveranstaltung Apparateelemente im LSF beachten

Voraussetzung für die Teilnahme: Modul Konstruktionselemente I


Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Teilnahme an den Vorlesungen und Übungen / Testat / K 120 / 5 CP

Modulverantwortliche: PD Dr.-Ing. D. Bartel, FMB weitere Lehrende: Prof. L. Deters

Literaturhinweise: - Steinhilper, W.; Sauer, B.: Konstruktionselemente des Maschinenbaus - Teil 1 und 2. Springer

Vieweg, 2012 - Sauer, B.: Konstruktionselemente des Maschinenbaus – Übungsbuch. Springer, 2011 - Muhs, D.; Wittel, H.; Jannasch, D.; Voßiek, J.: Roloff/Matek Maschinenelemente. Springer

Vieweg - Schlecht, B.: Maschinenelemente 1. Pearson Studium, 2007 - Schlecht, B.: Maschinenelemente 2. Pearson Studium, 2010

23

3.11 Werkstofftechnik


Modul: Werkstofftechnik

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden können Werkstoffe entsprechend ihres Einsatzzwecks anhand ihrer Kenntnisse über Struktur und Eigenschaften und deren Beeinflussbarkeit auswählen. Sie kennen die Optimierbarkeit der Werkstoffeigenschaften und können auch unter ökonomischen und ökologischen Aspekten eine gezielte Werkstoffauswahl treffen. Die Studierenden sind in der Lage, Werkstoffkennwerte zu ermitteln und zu interpretieren, Methoden der Werkstoffprüfung und Schadensanalyse anzuwenden.

Inhalt: Sommersemester 1. Struktur und Gefüge von Werkstoffen

Aufbau der Werkstoffe, Atomarer Aufbau und Bindungskräfte, Bau des freien Atoms, chemische Bindung, Bindungsenergie und interatomarer Abstand

2. Atomanordnung im Festkörper Kristallstrukturen, Realstruktur, Nichtkristalline (amorphe) Strukturen

3. Gefüge Experimentelle Methoden, Röntgenfeinstruktur, Licht- und Elektronenmikroskopie, Quantitative Gefügeanalyse, Bewegung von Atomen – Diffusion

4. Übergänge in den festen Zustand Aggregatzustände, Keimbildung und Keimwachstum, Erstarrungswärme und Gefügeausbildung, Gussfehler

5. Zustandsdiagramme Phasenregel, Binäre Systeme, Doppeltangentenregel, Hebelgesetz, Verlauf der Erstarrung, Seigerung, Typische binäre Zustandsdiagramme

6. Realdiagramme Eisen-Kohlenstoff-Diagramm, Darstellung von Ungleichgewichtszuständen, ZTU-Diagramme, Wärmebehandlung

7. Mechanische Eigenschaften Quasistatische Beanspruchung, Zugversuch, Biegeversuch, Härtemessung, Kreisversuch, Dynamische Beanspruchung – Kerbschlagbiegeversuch, Zyklische Beanspruchung, Bruchmechanik

Wintersemester 1. Physikalische Eigenschaften

Elektrische Eigenschaften, Ohmsches Gesetz und elektrische Leitfähigkeit, Einflussfaktoren auf die elektrische Leitfähigkeit in Metallen, Thermoelektrizität, thermische Eigenschaften, Wärmekapazität und spezifische Wärme, Thermische Ausdehnung, Wärmeleitfähigkeit, Magnetische Eigenschaften, Magnetische Momente und Dipole, Magnetisches Feld und Induktion, Domänen und Hystereseschleife, Anwendungen der Hysteresekurve, Curie-Temperatur

2. Zerstörungsfreie Prüfung Radiographie und Radioskopie, Ultraschallverfahren, Weitere Verfahren

3. Chemische Eigenschaften – Korrosion

Lehrformen: Vorlesung, Übung, Praktikum; (SS); (2.+3. Semester)


24

Arbeitsaufwand: Präsenzzeit 98 h, Selbststudium 202 h

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: 4 schriftliche Leistungsnachweise, erfolgreiche Teilnahme an 4 Praktika / K120 / 10 CP

Modulverantwortlicher: Prof. M. Scheffler, FMB

Literaturhinweise: Bergmann, W.: Werkstofftechnik (Teil 1 und 2). Hanser-Verlag München Askeland, D.R.: Materialwissenschaften. Spektrum-Verlag Heidelberg Callister, W. D.: Fundamentals of materials science and engineering. Wiley-Verlag Hoboken Schatt, Worch: Werkstoffwissenschaft. Dt. Verlag für Grundstoffindustrie Stuttgart. Hornbogen, E.: Werkstoffe. Springer-Verlag Heidelberg, Berlin Blumenauer, H.: Werkstoffprüfung. Dt. Verlag für Grundstoffindustrie Stuttgart.

25

3.12 Technische Thermodynamik


Modul: Technische Thermodynamik

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Das Modul verfolgt das Ziel, Basiswissen zu den Grundlagen der Energieübertragung und Energiewandlung sowie dem Zustandsverhalten von Systemen zu vermitteln. Die Studenten besitzen Fertigkeiten zur energetischen Bilanzierung von technischen Systemen sowie zur energetischen Bewertung von Prozessen. Sie sind befähigt, die Methodik der Thermodynamik für die Schulung des analytischen Denkvermögens zu nutzen und erreichen Grundkompetenzen zur Identifizierung und Lösung energetischer Problemstellungen. Die Studenten kennen die wichtigsten Energiewandlungsprozesse, können diese bewerten und besitzen die Fähigkeit zu energie- und umweltbewusstem Handeln in der beruflichen Tätigkeit.

Inhalt: 1. Systematik und Grundbegriffe, Wärme als Form des Energietransportes, Arten der

Wärmeübertragung, Grundgesetze und Wärmedurchgang 2. Wärmeübergang durch freie und erzwungene Konvektion, Berechnung von

Wärmeübergangskoeffizienten, Energietransport durch Strahlung 3. Wärme und innere Energie, Energieerhaltungsprinzip, äußere Arbeit und Systemarbeit,

Volumenänderungs- und technische Arbeit, dissipative Arbeit, p,v-Diagramm 4. Der erste Hauptsatz, Formulierungen mit der inneren Energie und der Enthalpie, Anwendung auf

abgeschlossene Systeme, Wärme bei reversiblen Zustandsänderungen 5. Entropie und zweiter Hauptsatz, Prinzip der Irreversibilität, Entropie als Zustandsgröße und T,s-

Diagramm, Entropiebilanz und Entropieerzeugung, reversible und irreversible Prozesse in adiabaten Systemen, Prozessbewertung (Exergie)

6. Zustandsverhalten einfacher Stoffe, thermische und energetische Zustandsgleichungen, charakteristische Koeffizienten und Zusammenhänge, Berechnung von Zustandsgrößen, ideale Flüssigkeiten, reale und ideale Gase, Zustandsänderungen idealer Gase

7. Bilanzen für offene Systeme, Prozesse in Maschinen, Apparaturen und anlagen: Rohrleitungen, Düse und Diffusor, Armaturen, Verdichter (), Gasturbinen, Windräder, Pumpen, Wasserturbinen und Pumpspeicherkraftwerke, Wärmeübertrager, instationäre Prozesse

8. Thermodynamische Potentiale und Fundamentalgleichungen, freie Energie und freie Enthalpie, chemisches Potential, Maxwell-Relationen, Anwendung auf die energetische Zustandsgleichung (van der Waals-Gas)

9. Mischungen idealer Gase (Gesetze von Dalton und Avogadro, Zustandsgleichungen) und Grundlagen der Verbrennungsrechnungen, Heiz- und Brennwert, Luftbedarf und Abgaszusammensetzung, Abgastemperatur und theoretische Verbrennungstemperatur (Bilanzen

und h,-Diagramm) 10. Grundlagen der Kreisprozesse, Links- und Rechtsprozesse (Energiewandlungsprozesse:

Wärmekraftmaschine, Kältemaschinen und Wärmepumpen), Möglichkeiten und Grenzen der Energiewandlung (2. Hauptsatz), Carnot-Prozess (Bedeutung als Vergleichsprozess für die Prozessbewertung)

11. Joule-Prozess als Vergleichsprozess der offenen und geschlossenen Gasturbinenanlagen, Prozessverbesserung durch Regeneration, Verbrennungs-kraftmaschinen (Otto- und Dieselprozess) – Berechnung und Vergleich, Leistungserhöhung durch Abgasturbolader, weitere Kreisprozesse

12. Zustandsverhalten realer, reiner Stoffe mit Phasenänderung, Phasengleichgewicht und Gibbs’sche Phasenregel, Dampftafeln und Zustandsdiagramme, Trippelpunkt und kritischer Punkt, Clausius-Clapeyron’sche Gleichung, Zustandsänderungen mit Phasenumwandlung

13. Kreisprozesse mit Dämpfen, Clausius-Rankine-Prozess als Sattdampf- und Heißdampfprozesse, „Carnotisierung“ und Möglichkeiten der Wirkungsgradverbesserung (Vorwärmung, mehrstufige

26

Prozesse, …) 14. Verluste beim Kraftwerksprozess, Kombiprozesse und Anlagen zur Kraft-Wärme- Kopplung, Gas-Dampf-Mischungen, absolute und relative Feuchte, thermische und energetische Zustandsgleichung, Taupunkt

Lehrformen: Vorlesung, Übungen; (WS); (3. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme: Lehrveranstaltung des Sommersemesters baut auf die Lehrveranstaltung im Wintersemester auf



Modulverantwortlicher: Prof. F. Beyrau, FVST

Literaturhinweise: - H. D. Baehr: Thermodynamik. Springer-Verlag, Berlin - N. Elsner: Grundlagen der Technischen Thermodynamik. (Band 1 und 2) Akademie-Verlag,

Berlin - H. K. Iben; Starthilfe Thermodynamik - J. Schmidt: B. G. Teubner Stuttgart, Leipzig (ISBN 3-519-00262-0) - P. Stephan; K. Schaber; Thermodanymik, Grundlagen und Technische Anwendung (Bd. 1), - K. Stephan; F. Mayinger: Springer-Verlag, Berlin - Autorenkollektiv: VDI-Wärmeatlas, 6. Auflage, VDI-Verlag, Düsseldorf 1991 - H. D. Baehr; K. Stephan: Wärme- und Stoffübertragung, Springer-Verlag Berlin Heidelberg - J. Schmidt: Einführung_in_die_Wärmeübertragung.pdf (Downloadbereich des Lehrstuhls)

27

3.13 Strömungsmechanik


Modul: Strömungsmechanik

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Auf der Basis der Vermittlung der Grundlagen der Strömungsmechanik und der Strömungsdynamik haben die Studenten Fertigkeiten zur Untersuchung und Berechnung von inkompressiblen Strömungen erworben. Sie besitzen Basiskompetenzen zur Betrachtung kompressibler Strömungen. Die Studierenden sind befähigt, eigenständig strömungsmechanische Grundlagenprobleme zu lösen. Durch die Teilnahme an der Übung sind sie in der Lage, die abstrakten theoretischen Zusammenhänge in Anwendungsbeispiele zu integrieren. Sie können die Grundgleichungen der Strömungsmechanik in allen Varianten sicher anwenden. Außerdem können sie Grundkonzepte wie Kontrollvolumen und Erhaltungsprinzipien meistern.

Inhalt:

Einführung, Grundprinzipien der Strömungsdynamik

Wiederholung notwendiger Konzepte der Thermodynamik und der Mathematik

Kinematik

Kontrollvolumen und Erhaltungsgleichungen

Reibungslose Strömungen, Euler-Gleichungen

Ruhende Strömungen

Bernoulli-Gleichung, Berechnung von Rohrströmungen

Impulssatz, Kräfte und Momente

Reibungsbehaftete Strömungen, Navier-Stokes-Gleichungen

Ähnlichkeitstheorie, dimensionslose Kennzahlen

Grundlagen der kompressiblen Strömungen

Experimentelle und numerische Untersuchungsmethoden

Lehrformen: Vorlesung, Übungen; (SS); (4. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme: Mathematik I und II, Physik, Thermodynamik



Modulverantwortlicher: Prof. D. Thévenin, FVST

Literaturhinweise:

- Böswirth, Technische Strömungslehre

- Gersten und Hernig, Strömungsmechanik

- Herwig, Strömungsmechanik

- Iben, Strömungslehre: eine gute Einführung

28

- Becker, Technische Strömungslehre.

- Kuhlmann, Strömungsmechanik

- Kümmel, Technische Strömungsmechanik

- Siekmann, Strömungslehre

- Strauß, Strömungsmechanik

siehe: www.uni-magdeburg.de/isut/LSS/Lehre/Vorlesungen/buecher.pdf

http://www.uni-magdeburg.de/isut/LSS/Lehre/Vorlesungen/buecher.pdf

29

3.14 Messtechnik


Modul: Messtechnik


Nach Abschluss dieses Moduls haben die Studenten ein Grundverständnis für die Basisbegriffe derjenigen Messtechnik, die in der Verfahrenstechnik regelmäßig für Transport- und Energieprozesse eingesetzt wird.

Durch die Anwendung im Praktikum sind sie in der Lage, mit konventionellen und optischen Messgeräten zu arbeiten, um integrale und lokale Größen zu bestimmen.

Sie haben die Kompetenzen erlangt, die für Stoff und Energie umwandelnde Prozesse relevanten Messgrößen zu erkennen, die geeignete Messtechnik auszuwählen und die erforderlichen Messungen erfolgreich durchzuführen und auszuwerten.

Inhalt:

Grundbegriffe der Messtechnik, Messgenauigkeit, Messbereich, Kalibrierung.

Messfehler

Signalerfassung und -verarbeitung

Geschwindigkeitsmessung mittels Hitzdrahtanemometrie

Klassische Messverfahren: Sonden für Geschwindigkeit, Massen- und Volumenstrom, Druck und Temperatur

Klassische Messverfahren: integrierende Verfahren

Datengewinnung: Methoden, Geräte

Signalverarbeitung: FFT, PSD, Filterung, Korrelation

Analogieverfahren

Laseroptische Messverfahren: LDA, PDA

Laseroptische Messverfahren: PIV, Schattenverfahren

Laseroptische Messmethoden für Temperatur, Konzentration

Optische Messverfahren: Schlieren, Interferometrie, Holographie, Absorption,

Spektroskopie


Voraussetzung für die Teilnahme: Mathematik I und II, Strömungsmechanik, Thermodynamik


Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: K 90 / Leistungsnachweis für das Praktikum / 5 CP

Modulverantwortlicher: Prof. D. Thévenin, FVST Lehrende: Dr. K. Zähringer

30

Literaturhinweise:

[1.1] DIN 1319, Teil 1: Grundlagen der Messtechnik, Grundbegriffe, Jan. 1995

[1.2] DIN 1319, Teil 2: Grundlagen der Messtechnik, Begriffe für die Anwendung von Messgeräten, Entwurf, Febr. 1996

Weiter Literaturinformationen unter: www.uni-magdeburg.de/isut/LSS/Lehre/Skripte_Messtechnik/Literaturverzeichnis.pdf

http://www.uni-magdeburg.de/isut/LSS/Lehre/Skripte_Messtechnik/Literaturverzeichnis.pdf

31

3.15 Chemische Prozesskunde


Modul: Chemische Prozesskunde


Die Studenten

Haben ein Grundverständnis für ausgewählte großtechnische Prozesse der organischen bzw. anorganischen Chemie und der chemischen Verfahrenstechnik erworben

sind in der Lage stoffliche und technische Aspekte ausgewählter chemischer Prozesse als Ganzes einzuordnen und auf andere Prozesse zu übertragen

können die Verfahrensentwicklung, apparative Umsetzung und Wirtschaftlichkeit chemischer Prozesse einschätzen (Labor- vs. Industriemaßstab)

haben einen sicheren Umgang bei der Gestaltung von Verfahren mit nachwachsenden Rohstoffen bzw. können diesbezüglich auftretende Problemstellungen analysieren und lösen

Inhalt:

Stoffliche und technische Aspekte der industriellen Chemie am Beispiel ausgewählter Verfahren und Produkte

Charakterisierung chemischer Verfahren

Verfahrensauswahl und Verfahrensentwicklung

Probleme bei der Prozessentwicklung und beim Betrieb von Chemieanlagen

Versorgung mit Rohstoffen und deren Aufarbeitung, organische Zwischenprodukte, organische Folgeprodukte, anorganische Grundstoffe, anorganische Massenprodukte, moderne anorganische Spezialprodukte

Produktstammbäume und deren Querverbindung zu anderen Produktgruppen

Energiebedarf, Umweltbelastungen, Anlagensicherheit

Lehrformen: Vorlesung / Seminare; (SS); (4. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme: Chemie, Physik

Arbeitsaufwand: 3 SWS Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 108 Stunden


Modulverantwortlicher: Prof. A. Seidel-Morgenstern, FVST weitere Lehrende: apl. Prof. H. Lorenz / Dr. Wagemann

32

Literaturhinweise:

U. Onken, A. Behr, Chemische Prozesskunde, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1996

Winnacker-Küchler. Hrsg. von Roland Dittmeyer, Chemische Technik: Prozesse und Produkte, Weinheim, Wiley-VCH, 2005

W.R.A. Vauck, H.A. Müller, Grundoperationen chemischer Verfahrenstechnik, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie 1994

Moulijn, van Diepen, Chemical Process Technology, Wiley, 2001

33

3.16 Reaktionstechnik


Modul: Reaktionstechnik

Ziele des Moduls: Die Studenten

haben ein physikalisches Grundverständnis wesentlicher Prozesse der chemischen Verfahrenstechnik insbesondere der Reaktionstechnik erworben

sind in der Lage, chemische Reaktionen zu analysieren, z.B. Schlüsselkomponenten und Schlüsselreaktionen herauszuarbeiten

können sichere Aussagen zum Fortschreiten von Reaktionen in Abhängigkeit der Prozessbedingungen und zur Ausbeute sowie Selektivität gewünschter Produkte treffen und sind somit befähigt einen geeigneten Reaktortyp auswählen

haben die Kompetenz, Reaktionen unter komplexen Aspekten, wie Thermodynamik, Kinetik und Katalyse zu bewerten

sind im Umgang mit Rechenmodellen gefestigt und damit in der Lage einen BR, CSTR oder PFTR verfahrenstechnisch auszulegen bzw. stofflich und energetisch zu bewerten

Inhalt: 1. Stöchiometrie chemischer Reaktionen

- Schlüsselkomponenten - Bestimmung der Schlüsselreaktionen - Fortschreitungsgrade - Ausbeute und Selektivität

2. Chemische Thermodynamik - Reaktionsenthalpie - Berechnung der Reaktionsenthalpie - Temperatur- Druckabhängigkeit - Chemisches Gleichgewicht - Berechnung der freien Standardreaktionsenthalpie - Die Gleichgewichtskonstante Kp und ihre Temperaturabhängigkeit - Einfluss des Drucks auf die Lage des Gleichgewichts - Regeln zur Gleichgewichtslage

3. Kinetik - Reaktionsgeschwindigkeit - Beschreibung der Reaktionsgeschwindigkeit - Zeitgesetze einfacher Reaktionen - Ermittlung kinetischer Parameter - Differentialmethode - Integralmethode - Kinetik heterogen katalysierter Reaktionen - Prinzipien und Beispiel - Adsorption und Chemiesorption - Langmuir-Hinshelwood-Kinetik - Temperaturabhängigkeit heterogen katalysierter Reaktionen

4. Stofftransport bei der heterogenen Katalyse - allgemeine Grundlagen - Diffusion in porösen Systemen - Porendiffusion und Reaktion

34

- Filmdiffusion und Reaktion - Gas-Flüssig-Reaktionen - Dreiphasen-Reaktionen

5. Berechnung chemischer Reaktoren - Formen und Reaktionsführung und Reaktoren - Allgemeine Stoffbilanz - Isotherme Reaktoren - Idealer Rührkessel (BR) - Ideales Strömungsrohr (PFTR) - Idealer Durchflussrührkessel (CSTR) - Vergleich der Idealreaktoren und Auslegungshinweise - Rührkesselkaskade - Mehrphasen-Reaktoren

6. Wärmebilanz chemischer Reaktoren - Allgemeine Wärmebilanz - Der gekühlte CSTR - Stabilitätsprobleme - Qualitative Ergebnisse für andere Reaktoren - Verweilzeitverhalten chemischer Reaktoren - Messung und Beschreibung des Verweilzeitverhaltens - Verweilzeitverteilung für einfache Modelle - Umsatzberechnung für Realreaktoren - Kaskadenmodell - Dispersionsmodell - Segregationsmodell - Selektivitätsprobleme

7. Stoffliche Aspekte der Chemischen Verfahrenstechnik - Bedeutung der chemischen Industrie und Rohstoffversorgung - Erdölkonversion und petrochemische Grundstoffe - Steam-Cracken von Kohlenwasserstoffen - Chemische Produkte und Produktstammbäume

Lehrformen: Vorlesung, Übung; (SS); (6. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme: Chemie



Modulverantwortlicher: Prof. A. Seidel-Morgenstern, FVST weiterer Lehrender: Prof. Ch. Hamel

Literaturhinweise: - M. Baerns, H. Hofmann, A. Renken, Chemische Reaktionstechnik Wiley-VCH, 1999 - G. Emig, E. Klemm Technische Chemie: Einführung in die Chemische Reaktionstechnik

Springer, 2005 - O. Levenspiel Chemical Reaction Engineering Wiley, 1999 - S. Fogler Elements of Chemical Reaction Engineering Prentice Hall International, 2004

35

3.17 Partikeltechnologie


Modul: Partikeltechnologie

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten

haben physikalische Grundverständnisse wesentlicher Prozesse der mechanischen Verfahrenstechnik und Partikeltechnik erworben

können sicher mit den statistisch verteilten Stoffeigenschaften disperser Partikelsysteme (Stoffanalyse) umgehen, siehe Inhalt 1., um die Produktqualität zu verbessern (Produktgestaltung)

analysieren die Probleme und definieren die Ziele wesentlicher Stoffwandlungsprozesse disperser Stoffsysteme (Prozess-Diagnose) und arbeiten mögliche Problemlösungen aus (Prozessgestaltung)

entwickeln und festigen ihre Fertigkeiten bei der Auswahl, Auslegung, Gestaltung und verfahrenstechnischen Bewertung stochastischer und stationärer Prozesse

können in Grundzügen wesentliche disperse Feststoffprodukte mittels mechanischer Prozesse herstellen, siehe Inhaltsangabe 2. bis 8.

Inhalt: 1. Einführung, Kennzeichnung disperser Stoffsysteme, Partikelcharakterisierung, Partikel-

größenverteilungen, Mengenarten, statistische Momente, Verteilungskennwerte, Oberfläche, physikalische Partikelmessmethoden, Partikelform, Packungszustände

2.1 Partikelherstellung durch Zerkleinerung, Prozessziele, Festkörperbindungen, Materialverhalten und Bruchmechanik, Rissbildung, Beanspruchungsarten, Mikroprozesse der Zerkleinerung,

2.2 Bewertung und Kenngrößen des makroskopischen Prozesserfolges, Wirkprinzipien und Einsatzgebiete der Brecher und Mühlen zur Produktgestaltung

3.1 Trennung von Partikeln, mechanische Trennprozesse, Kennzeichnung des Trennerfolges durch die Trennfunktion, Bewertung der Trennschärfe

3.2 Siebklassierung, Partikeldynamik, Wirkprinzipien und Einsatzgebiete von Siebmaschinen zur Produktgestaltung

4.1 Stromklassierung, Partikelbewegung im Fluid, Strömungs- und Feldkräfte, stationäre Partikelsinkgeschwindigkeit,

4.2 Einführung in die Kennzeichnung turbulenter Strömungen, turbulente Partikeldiffusion, turbulente Gegen- und Querstromklassierung der Partikel in Wasser und Luft,

4.3 Trennmodelle, Wirkprinzipien und Einsatzgebiete turbulenter Gegenstrom- und Querstrom-Klassierapparate, Hydrozyklonauslegung, Gegenstrom- und Querstromwindsichter zur Produktgestaltung

5. Verschaltung von Zerkleinerungs- und Klassierprozessen 6.1 Transport und Lagerung von Partikelsystemen, Wechselwirkungen, molekulare Bindungen und

mikromechanische Partikelhaftkräfte, 6.2 Makroskopische Spannungszustände, Fließkennwerte, Messmethoden, Fließverhalten kohäsiver

Pulver, 6.3 Probleme bei der praktischen Pulverhandhabung, Problemlösung mittels fließgerechter Auslegung

von Massen- und Kernflusstrichtern 7. Partikelformulierung durch Agglomeration, Ziele der Agglomeration und physikalischen

Produktgestaltung, Agglomeratfestigkeit, Wirkprinzipien und Einsatzgebiete von Pelletiermaschinen, Brikett-, Tabletten- und Walzenpressen

8. Vermischen von Partikeln, stochastische Homogenität, Mischkinetik, Wirkprinzipien und Einsatzgebiete von Feststoffmischern, Trommel- und Zwangsmischer, Durchströmbarkeit feiner Partikelpackungen und Homogenisierung in einer Wirbelschicht

36

Lehrformen: Vorlesung, Übungen und praktische Übungen (Partikelmesstechnik, Zerkleinerung, Feinstklassierung, Pulverfließeigenschaften); (WS); (5. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme: Stochastik, Physik, Technische Mechanik, Strömungsmechanik I


Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: mündliche oder schriftlich Prüfung (je nach Teilnehmeranzahl) / Leistungsnachweis / 5 CP

Modulverantwortlicher: Dr. P. Müller, FVST

Literaturhinweise:

Manuskript mit Text, Bildern, Übungen und Praktikumsanleitungen siehe www.ovgu.de/ivt/mvt/

Schubert, H., Handbuch der Mechanischen Verfahrenstechnik, Wiley-VCH, Weinheim 2003

Schubert, H., Mechanischen Verfahrenstechnik, Dt. Verlag f. Grundstoffindustrie, Leipzig 1990

http://www.ovgu.de/ivt/mvt/

37

3.18 Produktgestaltung


Modul: Produktgestaltung

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden können Aufgabenstellung und Rahmenbedingungen der Produktgestaltung in der stoffwandelnden Industrie klar einschätzen. Sie haben erkannt, dass die Produktgestaltung nicht nur über die Zusammensetzung, sondern auch (insbesondere für Feststoffe) über die Struktur erfolgt, und haben sich anhand von Beispielen mit Arbeitstechniken zur Produktgestaltung vertraut gemacht. Auf dieser Basis können sie die Entwicklung neuer oder die Verbesserung vorhandener Produkte systematisch vorantreiben und dabei auch den Zusammenhang mit der Effizienz und Wirtschaftlichkeit von Herstellungsprozessen fundiert berücksichtigen.

Inhalt 1. Grundlagen von Produktgestaltung und Produktqualität in der stoffumwandelnden Industrie

(Unterschiede zur Fertigungstechnik, Kundenorientierung, Mehrdimensionalität und Komplexität als Chance)

2. Gestaltung granularer Stoffe (Staubfreiheit, Filtrierbarkeit, Fluidisierbarkeit, Lagerung, Farbe und Geschmack, Rieselfähigkeit, Adhäsion und Kohäsion, Schüttdichte, Redispergierbarkeit und Instantisierung)

3. Waschmittel (Gestaltung über die Zusammensetzung und Struktur, molekulare Grundlagen und Kräfte, Tenside und ihre Eigenschaften, konkurrierende Qualitätsaspekte, alternative Gestaltungsmöglichkeiten und Produktionsverfahren)

4. Saubere Oberflächen (Der "Lotus-Effekt", sein molekularer Hintergrund und seine Nutzung, unterschiedliche Wege der technischen Innovation)

5. Arzneimittel (Wirkstoffe und Formulierungen, Freisetzungscharakteristiken, Retard-Eigenschaften, Beschichtungen, Mikrokapseln, Implantate)

6. Feste Katalysatoren (Qualität der aktiven Zentren, Sinn und Gestaltung von Katalysatorträgern, Katalysatorwirkungsgrad, konkurrierende Aspekte und Lösungen zur Gestaltung von Reaktoren)

7. Weitere Beispiele; Rekapitulation der Aufgabenstellung und Methodik der Produktgestaltung über die Zusammensetzung sowie über die Struktur, kurze Einleitung in das Qualitätsmanagement



Arbeitsaufwand: Präsenzzeit:56 Stunden, Selbststudium: 94 Stunden


Modulverantwortlicher: Prof.. E. Tsotsas, FVST

Literaturhinweise: Eigene Notizen zum Download

38

3.19 Anorganische Molekülchemie


Modul: Anorganische Molekülchemie


Erwerb spezieller Kenntnisse zu Bindungsmodellen und speziellen Eigenschaften sowie der Synthesewege von anorganischen Verbindungen.

Erweiterung des Basiswissens der Chemie der Nichtmetalle, deren Eigenschaften und deren technische Anwendungen.

Im Praktikum: Erlernen spezieller Arbeitstechniken und Analysemethoden bei der Synthese von anorganischen Verbindungen; Erweiterung und Vertiefung der Kompetenzen, die im Grundpraktikum erlernt wurden.

Inhalt 1. Edelgasverbindungen, Synthese und Eigenschaften: Fluoride, Oxide, Xe-N-, Xe-C-Verbindungen 2. Spezielle Verbindungen der Halogene, Synthese, Eigenschaften, technische Anwendungen:

Polyhalogenide, Interhalogenverbindungen, Halogenoxide, Halogensauerstoffsäuren 3. Spezielle Verbindungen der 6. HG: Polychalcogen-Kationen, Halogenide, Sauerstoffsäuren,

Ringverbindungen, Käfigverbindungen, Schwefel-Stickstoffverbindungen 4. Spezielle Verbindungen der 5. HG: Stickstoffoxide, Sauerstoffsäuren, Halogenide, Phosphane,

Polyphosphane, P-N-Verbindungen, As4S4, Modifikationen der Elemente der 4. HG, Chemie der Fullerene, Kohlenstoffoxide

5. Pseudohalogenide, Chemie des: Dicyans, Cyanamids, Silikate; Gläser, Borane, Carborane, Borhalogenide, Al-Alkyle, Wade'sche Regeln

6. Element-Element Bindungen und Mehrfachbindungen: Synthese, Reaktivität, Bindungsmodelle 7. Verbindungen der schweren HG Elemente mit niedriger Koordinations- und Oxidationszahl, MO

Theorie unter Berücksichtigung mehratomiger Moleküle Praktikum: Synthese einfacher anorganischer Verbindungen, Arbeiten und Ausschluss von Sauerstoff und Feuchtigkeit, Auswertung spezieller Analysedaten der synthetisierten Verbindungen, Kristallisation mit Hilfe verschiedener Methoden

Lehrformen: Vorlesung, Seminar, Praktikum; (WS); (3.+5. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme: Anorganische Chemie (1. Semester)


Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: mündliche Prüfung / benoteter LN für das Praktikum / 6 CP

Modulverantwortlicher: Prof. F. T. Edelmann, FVST weitere Lehrende: Dr. V. Lorenz

39

Literaturhinweise: Allgemeine und Anorganische Chemie (de Gruyter Studium) von Erwin Riedel, 10. Auflage, ISBN: 3110227819

40

3.20 Moderne organische Synthesemethoden


Modul: Moderne Organische Synthesemethoden

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden sind zur Analyse komplexer Reaktionsmechanismen befähigt und besitzen breite Kenntnisse bezüglich des Methodenarsenals der organischen Synthesechemie. Sie können einfache Synthesen polyfunktioneller Verbindungen unter besonderer Berücksichtigung der Chemo-, Regio- und Stereoselektivität organisch chemischer Transformationen planen und durchführen. Die Studierenden sind mit den klassischen Syntheseoperationen, deren praktischer Anwendung und dem sicheren Umgang mit experimentellen Aufbauten und Arbeitstechniken vertraut.

Inhalt:

Konformative, sterische und stereoelektronische Effekte

Stereoselektive Synthese

Alkylierung am nucleophilen Kohlenstoffatom

Reaktionen von Kohlenstoff-Nucleophilen mit der Carbonylgruppe

Umwandlung funktioneller Gruppen

Spezielle Additions- und Substitutionsreaktionen

Cycloadditionen, Umlagerungen und Eliminierungen

Metall- und Halbmetall-vermittelte Reaktionen

Reaktionen über reaktive Zwischenstufen

Spezielle Oxidationen und Reduktionen

Reaktivität polyfunktioneller Verbindungen Praktikum:

Durchführung ein- und mehrstufiger Synthesen nach Literaturvorschriften

Reinigung und Charakterisierung der Reaktionsprodukte

Protokollführung, Auswertung und Diskussion der Ergebnisse entsprechend der guten wissenschaftlichen Praxis

Lehrformen: Vorlesung, Seminar, Praktikum; (WS); (5.+6. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme: Modul Organische Chemie (MSPG, 1. und 2. Semester)


Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: mündliche Prüfung / benoteter LN für das Praktikum / 6 CP

Modulverantwortlicher: PD Dr. E. Haak, FVST

Literaturhinweise:

F. A. Carey, R. J. Sundberg, Organische Chemie - Ein weiterführendes Lehrbuch, Wiley-VCH, Weinheim

K. Schwetlick, Organikum, Wiley-VCH, Weinheim

41

3.21 Physikalische Chemie II: Aufbau der Materie


Modul: Physikalische Chemie II: Aufbau der Materie

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden sind vertraut mit wichtigen Gesetzmäßigkeiten und Messmethoden der Physikalischen Chemie. Behandelt werden, aufbauend auf dem Modul "Physikalische Chemie", überwiegend mikroskopische Zusammenhänge aus den Bereichen Aufbau der Materie und Chemische Bindung. Die Studierenden erwerben die Kompetenz, modernen Entwicklungen der Chemie, Physik und auch Verfahrenstechnik (z.B. im Bereich "Molecular Modelling") folgen zu können.

Inhalt Parallel zur Vorlesung, die hier in 7 Blöcke á je 4 Unterrichtsstunden (2 Semesterwochen) gegliedert ist, werden Rechenübungen, in denen die Studierenden die Lösung entsprechender physikalisch-chemischer Probleme üben sollen, sowie ein Praktikum mit begleitendem Seminar durchgeführt, in dem Versuche aus dem in der Vorlesung behandelten Gebiet durchgeführt werden . Block 1: Versagen der klassischen Physik: schwarzer Strahler, Photoeffekt, Teilchenbeugung; Well-Teilchen-Dualismus; Spektrum des Wasserstoffatoms; Bohr-Modell Block 2: Schrödinger-Gleichung (SG) und Wellenfunktionen; Heisenberg'sche Unschärferelation; Teilchen im Kasten; Tunneleffekt; harmonischer Oszillator Block 3: Wasserstoff-Atom (quantenmechanische Betrachtung); Behandlung von Mehrelektronensystemen (Pauli-Prinzip, Aufbau-Prinzip, Hund'sche Regel); HF-SCF-Atomorbitale Block 4: Behandlung von Molekülen: Born-Oppenheimer-Prinzip, Linearkombination von AO, Variationsprinzip; Hybridisierung; Übersicht über moderne Methoden (ab initio, DFT) Block 5: Grundlagen spektroskopischer Methoden: Auswahlregeln, Lambert-Beer-Gesetz, Franck-Condon-Prinzip; Fluoreszenz, Phosphoreszenz; UV/VIS-Spektroskopie; Infrarot- und Raman-Spektroskopie; NMR-Spektroskopie Block 6: Konzepte der statistischen Thermodynamik: Verteilungsfunktionen, kanonisches Ensemble, Anwendung; Molekulare Wechselwirkungen: Dipolmomente, Polarisierbarkeiten, Repulsion und Attraktion Block 7: Makromoleküle und Aggregate: Struktur und Dynamik, Form und Größe, "Self-Assembly"; Eigenschaften von Festkörpern

Lehrformen: Vorlesung, Rechenübungen, Praktikum, Seminar zum Praktikum (mit Vorträgen der Praktikumsteilnehmer), (WS); (5. Semester)

42

Voraussetzung für die Teilnahme: Module Mathematik I, Mathematik II, Physikalische Chemie


Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: mündliche Prüfung / benoteter Leistungsnachweis für das Praktikum/Seminar / 7 CP

Modulverantwortlicher: Prof. Dr. H. Weiß, FVST weiterer Lehrender: PD Dr. J. Vogt

Literatur: - Atkins, Peter W. ; De Paula, Julio; "Physikalische Chemie", Wiley-VCH - Atkins, Peter W. ; De Paula, Julio; "Kurzlehrbuch Physikalische Chemie", Wiley-VCH - Wedler, Gerd; "Lehrbuch der Physikalischen Chemie", Wiley-VCH

43

3.22 Produktcharakterisierung / Moderne Analysemethoden


Modul: Produktcharakterisierung / Moderne Analysemethoden

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Denken in Zusammenhängen, hier insbesondere Verknüpfung der Kenntnisse über die Stoffe und

ihre Eigenschaften mit den Möglichkeiten der Messtechnik Vermittlung der Fähigkeit, aus der Vielfalt nutzbarer Analysenmethoden und

Charakterisierungstechniken eine optimale Auswahl zur Problemlösung treffen zu können Entwicklung von Fertigkeiten im Umgang mit hochwertigen Messgeräten Schulung des analytischen und logischen Denkens

Inhalt Die Vorlesung liefert die zum Verständnis der einzelnen Methoden notwendigen Grundlagen und das für die Anwendung in der Produktcharakterisierung/Analytik Wesentliche in komprimierter Form. Die apparative Umsetzung und die Übungen zur Interpretation der Untersuchungs-ergebnisse bilden die zweite Säule des aus Vorlesung und Übung bestehenden Moduls.

Organische Elementaranalyse

Massenspektrometrie

Röntgen-Strukturanalyse und Röntgen-Pulverdiffraktrometrie

Infrarotspektroskopie

Kernmagnetische Resonanzspektroskopie inklusive Festkörper-NMR

Lehrformen: Vorlesung / Übungen; (SS); (2.+3. Semester)


Arbeitsaufwand: Präsenzzeiten: 56 Stunden; Selbststudium 124 Stunden

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: K 120 / unbenoteter LN für die Übung / 6 CP

Modulverantwortlicher: Dr. S. Busse weitere Lehrende: Dr. L. Hilfert, Dr. A. Lieb

Literaturhinweise:

Organikum; verschiedene Autoren; Wiley-VCH

Spektroskopische Methoden in der organischen Chemie; Hesse, Meier, Zeeh; Thieme

IR-Spektroskopie für Anwender; WILEY-VCH, W. Gottwald, G. Wachter

NMR-Spektroskopie für Anwender, WILEY-VCH, U. Gruber, W. Klein

44

3.23 Chemie Wasser, Boden, Luft


Modul: Chemie Wasser, Boden, Luft


Erwerb der Fähigkeit, die grundsätzlichen Zusammenhänge der chemischen Abläufe in den Umweltmedien Wasser, Boden und Luft zu verstehen

Umsetzung der bisher erworbenen Kompetenzen zum Verständnis der chemischen Zusammenhänge in unserer Umwelt an ausgewählten Fallbeispielen

Inhalt a. Wasser 1. Eigenschaften von Wasser und natürlichen Gewässern, pH-Wert Berechnung, Puffer, Wasserkreislauf, Wassernutzung, rechtliche Grundlagen zum Gewässerschutzrecht, Trinkwasser (Quellen, Aufbereitung), Abwasser (Quellen, Aufbereitung, Reinigung) 2. Schadstoffe im Wasser(Quellen Auswirkung auf Mensch und Umwelt), Schwermetalle (Mobilität, Toxizität), Spezielle Reaktionen von Schwermetallen (Quecksilber, Arsen,…), Chlorierte Kohlenwasserstoffe, Pestizide, Dünnsäureverklappung in der Nordsee, Reinigungstechniken für Schadstoffbelastete Gewässer b. Boden 1. Aufbau des Bodens, Inhaltsstoffe, Wirkungsweise unterschiedlicher Boden-zusammensetzungen auf Organismen, Stickstoffkreislauf im Boden, Nährstoffe, Atmung 2. Schadstoffe im Boden, Versauerung, Schwermetalle, Pufferwirkung des Bodens c. Luft 1. Zusammensetzung der Luft, Aufbau der Atmosphäre, Wichtige Vorgänge in der Troposphäre und Stratosphäre, Strahlungshaushalt 2. Arten und Quellen von Luftschadstoffen (Emission - Transmission - Immission) Schwefel- und Stickstoffstoffverbindungen (Saure Niederschläge, Waldschäden, Smog); Kohlendioxid und Methan und deren Einfluss auf den Treibhauseffekt; Ozon in Troposphäre und Stratosphäre, FCKW und deren Einfluss auf die Ozonschicht; Polychlordibenzodioxine und -furane; Stäube und Inhaltsstoffe (PAK, Schwermetalle)

Lehrformen: Vorlesung; (SS); (6. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme: Anorganische Chemie, Organische Chemie

Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 42 Stunden; Selbststudium: 108 Stunden


45

Modulverantwortlicher: Dr. U. Busse, FVST weitere Lehrende: Dr. M. Schwidder, FVST

Literaturhinweise: Andreas Nikolaos Grohmann, Martin Jekel, Andreas Grohmann, Ulrich Szewzyk, Regine Szewzyk: Wasser - Chemie, Mikrobiologie und nachhaltige Nutzung; de Gruyter Studium

46

3.24 Bioverfahrenstechnik


Modul: Bioverfahrenstechnik

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Den Studierenden kennen neben einer Einführung in die Mikrobiologie für Ingenieure die wesentlichen Grundlagen der biologischen, apparativen und theoretischen Aspekte biotechnologischer Prozesse. Die Studierenden können mit Geräten, Messtechniken und Verfahren umgehen, die in der Bioverfahrenstechnik routinemäßig zur Kultivierung von Mikroorganismen und zur Aufreinigung biologischer Wirkstoffe eingesetzt werden. Durch die praktischen Übungen sind die Studierenden in der Lage eigenständig Experimente in Bioreaktoren sowie Versuche zur Aufreinigung von Makromolekülen (Proteine) vorzubereiten, durchzuführen und auszuwerten. Die Ergebnisse der Versuche können sie in Form von schriftlichen Protokollen darstellen.

Inhalt: Vorlesung

Einführung in die Mikrobiologie o Mikroorganismen (Prokaryonten; Eukaryonten; Bakteriophagen, Viren und Plasmide) o Chemie der lebenden Zelle (Kohlenstoffverbindungen, Makromoleküle) o Energetik und Metabolismus (Grundlegende Begriffe, Oxidation und Reduktion,

Enzymkatalysierte Reaktionen, Katabolismus, Anabolismus, Regulation des Stoffwechsels)

o Grundlagen der Genetik (RNA-, Proteinbiosynthese, DNA Replikation, Kontrolle Genexpression)

Bioprozesse o Vermehrung von Mikroorganismen (Wachstumskinetik, Einfluss physikalischer Faktoren, o Produktbildung, Substratverbrauch, Sauerstoffbedarf) o Fermentationspraxis (Bioreaktoren, Steriltechnik, Impfkulturen, Transportprozesse, o Maßstabsvergrößerung) o Analyse von Fermentationsprozessen (Off-line Messungen, Prozesskontrolle,

Modellierung)

Downstream Processing o Vorbemerkungen (Ziel von Aufarbeitungsverfahren, Anzahl der Reinigungswege, Reinheit

und Reinigungskoeffizienten, Proteinreinigungsprozesse als Einheitsoperationen) o Biomasseabtrennung (Sedimentation, Zentrifugation, Filtration und Membranseparation) o Zellaufschluss (Verfahren, Beispiel: Aufschluss durch Kugelmühlen) o Chromatographie (Verfahren,Trennprinzipien, Systemkomponenten, Probenvorbereitung, o Medien, Ionenaustausch-, Gel- und Affinitätschromatographie, Industrielle Prozesse)

Praktikum o Upstream Processing (Bioreaktor: Wachstum von S. cerevisiae) o Downstream Processing (Gelchromatographie)

Lehrformen: Vorlesung, Praktikum; (SS); (6. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme: Grundlagenfächer des Bachelor

Arbeitsaufwand: 5 SWS; (70 h Präsenzzeit + 110 h selbstständiges Arbeiten)

47

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Klausur (90 min) / Praktikum / 6 CP

Modulverantwortlicher: Prof. U. Reichl, FVST Lehrende: Prof. U. Reichl, Dr. D. Benndorf, Dr. M. Wolff

Literaturhinweise: Alberts, B. et al (1994): Molecular biology of the cell, 3

rd ed., Garland

Chmiel, H. (2006): Bioprozesstechnik, Elsevier Muttzall, K. (1993): Einführung in die Fermentationstechnik, Behr´s Verlag, Hamburg Schlegel, H.G. (1992): Allgemeine Mikrobiologie, Thieme Storhas, W. (2003): Bioverfahrensentwicklung, Wiley-VCH

48

3.25 Praktikum Grundoperationen


Modul: Praktikum Grundoperationen

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studieren sind in der Lage Versuchsanlagen zu den entsprechenden Grundoperationen der Technischen Chemie und Verfahrenstechnik sachgerecht zu betreiben und durch Variation bestimmter Versuchsparameter und Auswertung der erhaltenen Messdaten wissenschaftliche Fragestellungen zu beantworten. Im Rahmen dessen sind die Studierenden geübt im Umgang mit experimentellen Aufbauten und können ihr theoretisch erworbenes Wissen in die praktische Anwendung umsetzen.

Inhalt Im Rahmen des Praktikums werden insgesamt 5 Versuche aus einem ständig aktualisierten Katalog in Gruppen von jeweils max. 4 Studierenden durchgeführt, ausgewertet, und entsprechend protokolliert; dazu gehören jeweils An- und Abtestat. Der Versuchskatalog beinhaltet derzeit:

· Siedediagramme binärer Gemische · Rektifizierkolonne · Charakterisierung von Nanopartikeln · Porosimetrie · Rührkesselkaskade / Verweilzeitmodellierung · Bestimmung kinetischer Konstanten · Betriebspunkt eines adiabatischen Rührkesselreaktors · Behandlung körniger Güter in Wirbelschichtenb. Boden

Lehrformen: Praktikum; (SS); (6. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme: Physikalische Chemie, Chemische Prozesskunde

Arbeitsaufwand: Präsenzzeit 28 Stunden, Selbststudium 62 Stunden

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Unbenoteter Leistungsnachweis / 3 CP

Modulverantwortlicher: Dr. M. Schwidder, FVST

Literaturhinweise: Grundoperationen chemischer Verfahrenstechnik, W.R.A. Vauck, H.A. Müller (Wiley-VCH) , Praktikumsanleitungen

49

3.26 Technische Chemie


Modul: Technische Chemie

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden kennen die Prozessstufen und deren allgemeine Parameter (Reaktoren, Reaktionsbedingungen etc.) zur Herstellung wichtiger organischer und anorganischer Zwischenprodukte. Unter Anwendung der Grundkenntnisse aus den Modulen Anorganische und Organische Chemie können Sie Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen chemischen Reaktionen im Labor-, Technikums- und großtechnischen Maßstab benennen und erläutern. Die Auswahl der Beispiele erfolgt dabei sowohl unter Berücksichtigung der wirtschaftlichen Bedeutung einzelner Produkte als auch unter regionalen und aktuellen rohstofflichen und energetischen Gesichtspunkten.

Inhalt 1. Technische Verfahren zur Rohstoffaufarbeitung

Erdöl, Kohle 2. Wichtige anorganische Zwischenprodukte

Schwefelsäure (Kontaktverfahren) Laugen (Chloralkalielektrolyse) Soda Ammoniak Phosphorsäure, Phosphate Technische Silikate

3. Katalyseverfahren Heterogen Katalyseprozesse, Beispiele Homogene Katalyseprozesse, Beispiele

4. Ausgewählte organische Zwischenprodukte BTX-Aromaten Ethylen, Propylen

5. Polymerisationsverfahren Herstellung Polyethylen, Polypropylen Polyvinylchlorid Polycarbonate Polyamid

6. Ausgewählte Spezialprodukte

Lehrformen: Vorlesung, Übungen; (SS); (4. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme: Grundvorlesungen Anorganische und Organische Chemie

Arbeitsaufwand: 3 SWS, (2 VL, 1 Ü) Selbststudium 108 h

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Klausur 90 min / 5 CP

50

Modulverantwortlicher: Prof. F. Scheffler, FVST

Literaturhinweise:

Chemische Prozesskunde, U. Onken, A. Behr (Georg Thieme Verlag),

Lehrbuch der Technischen Chemie, M. Fedtke, W. Pritzkow, G. Zimmermann (Wiley-VCH)

Foliensatz zum Download

51

3.27 Nichttechnische Fächer


Modul: Nichttechnische Fächer

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden verstehen die Spielregeln des Berufslebens, soziale Kompetenzen und Teamarbeiten. Sie können Projekte und Zeit managen.

Inhalt: Vergleiche Katalog „Nichttechnische Fächer“

Lehrformen: Vorlesung, Seminare, Projekte, Übungen



Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Leistungsnachweise / 10 CP

Modulverantwortliche: Vergleiche Katalog „Nichttechnische Fächer“

52

3.28 Industriepraktikum, Exkursion, Seminarvortrag


Modul: Industriepraktikum, Exkursion, Seminarvortrag

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Im Industriepraktikum haben die Studierenden Erfahrungen zu Arbeitsverfahren, Arbeitsmitteln und Arbeitsprozessen gesammelt. Sie kennen organisatorische und soziale Verhältnisse der Praxis und haben ihre eigenen sozialen Kompetenzen trainiert. Sie können die Dauer von Arbeitsabläufen zeitlich abschätzen. Sie können die Komplexität von Arbeitsabläufen und die Stellung des Ingenieurs im Gesamtkontext einordnen. Durch die Exkursion haben die Studierenden einen Einblick in einen gesamten Verfahrensablauf erhalten und können die Größenordnung von Apparaten abschätzen. Durch den Seminarvortrag können die Studierenden Ergebnisse und Erkenntnisse einem Publikum präsentieren und diesbezügliche Fragen beantworten. Sie erhalten ein Feedback über die Art und Weise ihres Vortrages und dessen Verständlichkeit.

Inhalt: Das Industriepraktikum umfasst grundlegende Tätigkeiten und Kenntnisse zu Produktionstechnologien sowie Apparaten und Anlagen. Aus den nachfolgend genannten Gebieten sollen mindestens fünf im Praktikum in mehreren Abschnitten berücksichtigt werden. Das Praktikum kann in Betrieben stattfinden. - Energieerzeugung - Behandlung von Feststoffen - Behandlung von Fluiden - Instandhaltung, Wartung und Reparatur - Messen, Analysen, Prüfen, Qualitätskontrolle - Entwicklung, Konstruktion, Arbeitsvorbereitung, Prozessanalyse - Montage und Inbetriebnahme - Bioprozess-, Pharma- und Umwelttechnik - Gestaltung von Produkten - Fertigungsplanung, Arbeitsvorbereitung, Auftragsabwicklung - Fachrichtungsbezogene praktische Tätigkeit nach Absprache mit dem Praktikantenamt Für die Erarbeitung der Präsentation im Rahmen des Seminarvortrages werden fachübergreifende Themen angeboten, die die Zusammenführung der theoretischen Kenntnisse aus den Grundlagenmodulen und dem Wissen aus den fachspezifischen Gebieten fordert. Der Seminarvortrag umfasst eine eigenständige und vertiefte schriftliche Auseinandersetzung mit einem Problem aus dem Arbeitszusammenhang des jeweiligen Moduls unter Einbeziehung und Auswertung einschlägiger Literatur. In einem mündlichen Vortrag (mindestens 15 Minuten) mit anschließender Diskussion soll die Arbeit dargestellt und ihre Ergebnisse vermittelt werden. Die Ausarbeitungen müssen schriftlich vorliegen.

Lehrformen: Industriepraktikum, Exkursion, Seminarvortrag


Arbeitsaufwand: 450 Stunden, 15 CP

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Praktikumsbericht, Teilnahmebescheinigung, Seminarvortrag

53

Modulverantwortlicher: Prof. E. Specht (Prüfungsausschussvorsitzender)

54

3.29 Bachelorarbeit


Modul: Bachelorarbeit

Ziel des Moduls (Kompetenzen): Es soll der Nachweis erbracht werden, dass innerhalb einer vorgegebenen Frist ein Problem unter Anleitung mit wissenschaftlichen Methoden bearbeitet werden kann. Bei erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden zudem in der Lage, selbst erarbeitete Problemlösungen strukturiert vorzutragen und zu verteidigen.

Inhalt: Themenstellungen zu aktuellen Forschungsvorhaben werden von den Professoren der am Studiengang beteiligten Fakultäten bekannt gegeben. Die Studierenden können sich ein Thema ihrer Neigung auswählen. Die Ausgabe des Themas ist im Prüfungsamt mit den Namen der Prüfenden aktenkundig zu machen. Im Kolloquium haben die Studierenden nachzuweisen, dass sie in der Lage sind, die Arbeitsergebnisse aus der wissenschaftlichen Bearbeitung eines Fachgebietes in einem Fachgespräch zu verteidigen. In dem Kolloquium sollen das Thema der Bachelorarbeit und die damit verbundenen Probleme und Erkenntnisse in einem Vortrag von max. 15 Minuten dargestellt und diesbezügliche Fragen beantwortet werden.

Lehrform: Problembearbeitung unter Anleitung mit Abschlussarbeit

Voraussetzung für Teilnahme: 150 CP

Arbeitsaufwand: 4 Monate

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Bachelorarbeit 12 CP, Kolloquium 3 CP

Modulverantwortlicher: Prüfungsausschussvorsitzender

55

4 Bachelorstudiengang Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung, Wahlpflichtmodule

4.1 Allgemeine Elektrotechnik I

Studiengang:

Wahlpflichtmodul Bachelor Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung

Modul:

Allgemeine Elektrotechnik I


Die Studierenden werden durch das Modul in die Lage versetzt, Grundbegriffe der Elektrotechnik nachzuvollziehen und anzuwenden. Sie können grundlegende Zusammenhänge erkennen. Sie sind befähigt, einfache Berechnungen und elementare Versuche im Labor durchzuführen.

Inhalt

Grundbegriffe

Stromkreise

Wechselgrößen

Felder - elektrisches Feld, magnetisches Feld

Lehrformen:

Vorlesung (V), Übung (Ü), einschließlich Laborübung


Mathematik, Physik

Arbeitsaufwand:

Präsenzzeit 42 Stunden, Selbststudium 78 Stunden

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits:

Leistungsnachweis im Wintersemester zur Zulassung zum Praktikum im Sommersemester

Praktikumsschein / K 60 / 5 CP

Modulverantwortlicher:

Prof. Dr. A. Lindemann, FEIT

Literaturhinweise:

Aktuelle Literatur zu diesem Modul ist im E-Learning-Portal moodle http://moodle.ovgu.de/m19/course/

angegeben.

56

4.2 Allgemeine Elektrotechnik II

Studiengang:

Pflichtmodul Bachelor Umwelt- und Energieprozesstechnik

Modul:

Allgemeine Elektrotechnik II


Dieses Modul soll die Studierenden in die Lage versetzen, die grundlegende Wirkungsweise und das Verhalten von elektrischen Maschinen und elektronischen Schaltungen nachzuvollziehen. Sie sollen somit die wichtigsten Einsatzmöglichkeiten der Elektrotechnik erkennen. Sie sind befähigt, einfache Berechnungen und elementare Versuche im Labor durchzuführen

Inhalt

Elektrische Maschinen

Grundlagen der Elektronik

Analog- und Digitalschaltungen

Leistungselektronik

Messung elektrischer Größen

Schutzmaßnahmen in elektrischen Anlagen

Lehrformen:

Vorlesung (V), Übung (Ü), einschließlich rechnerischer Praktika


Mathematik, Physik

Arbeitsaufwand:

Präsenzzeit 42 Stunden, Selbststudium 78 Stunden

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Leistungsnachweis im Wintersemester zur Zulassung zum Praktikum im Sommersemester Praktikumsschein / K 60 / 5 CP


Prof. R. Leidhold, FEIT

Literaturhinweise: Aktuelle Literatur zu diesem Modul ist im E-Learning-Portal moodle http://moodle.ovgu.de/m19/course/ angegeben.

57

4.3 Anlagenbau

Studiengang: Wahlpflichtmodul Bachelor Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung

Modul: Anlagenbau

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Teilnehmer können Grundfragen des Anlagenbaus wie Fließbildererstellung, Kosten, Stoff- und Energiebilanzen; Aufstellung, Organisation, Sicherheits- und Umweltfragen, sowie rechtliche Grundfragen bearbeiten sowie die Eckdaten der für eine Anlage erforderlichen Apparate berechnen.

Inhalt

Machbarkeitsstudie,

Projektororganisation und Dokumentation, Vertragsformen und Haftung

Vorplanung

Hauptplanung

R&I Fließbild, Stoffmengenfließbild, Energiefließbild

Stoff- und Wärmebilanzen

Ausrüstung

Rohrleitungen und Armaturen

Festigkeitsberechnung von Rohrleitungen unter Berücksichtigung von Unsicherheiten

Pumpen und Verdichter

Gebäude und Stahlkonstruktion

Montage

Inbetriebnahme

Zeitpläne (einschl. Netzplantechnik)

Aspekte von Sicherheit und Genehmigung

Einführung in die funktionale Sicherheit

Lehrformen: Vorlesung 2 SWS, Übung 1 SWS; (WS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Grundkenntnisse in Thermo-, Fluiddynamik, und chemischen Reaktionen

Arbeitsaufwand: Vorlesung 2 SWS; Übung 1 SWS Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 78 Stunden

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - / K 90 / 4 CP

Modulverantwortlicher: Prof. U. Krause, FVST

Literaturhinweise:

1. Brian D. Ripley: Stochastic Simulation, John Willey & Sons, Inc., 1997 2. E. Klapp: Apparate- und Anlagentechnik, Springer Verlag, 1980 3. Winnacker, Küchler: Chemische Technik, Wiley-VCH Verlag GmbH&Co. KGaA, 2003 4. K. Sattler, W. Kasper: Verfahrenstechnische Anlagen (Band 1 und 2), Wiley-VCH Verlag

GmbH&Co., 2000

58

5. H.Ullrich: Anlagenbau (Kommunikation- Planung- Management), Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1983

6. G. Bernecker: Planung und Bau Verfahrens-Technischer Anlagen, VDI Verlag, 1984 7. G.L. Wells, L.M Rose: The art of Chemical Process Design, Elsevier, 1986

59

4.4 Apparatetechnik


Modul: Apparatetechnik

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Ausgehend von den unterschiedlichen wesentlichen Prozessen in der Verfahrenstechnik besitzen die Studenten Basiskompetenzen für deren apparative Umsetzung. Sie haben ein Grundverständnis für die erforderlichen Apparate sowie deren Gestaltung von der Funktionserfüllung bis zur Apparatefestigkeit. Den Studenten sind die wesentlichen Grundlagen für die festigkeitsseitige Berechnung wichtiger Apparateelemente bekannt. Sie können, ausgehend von den verfahrenstechnischen Erfordernissen, die verschiedenen Typen von Wärmeübertragungsapparaten, Stoffübertragungsapparaten, Apparaten für die mechanische Stofftrennung und –vereinigung sowie Pumpen und Ventilatoren in ihrer Wirkungsweise einschätzen und beherrschen vereinfachte Berechnungsansätze in Form von Kriterialgleichungen. Sie besitzen ein erstes Verständnis für den Betrieb derartiger Apparate und Anlagen. Sie haben durch eine Exkursion in einen Produktionsbetrieb (z. B. Zuckerfabrik) direkten Einblick in die Betriebsabläufe und die Funktionsweise von wichtigen Apparatetypen erhalten.

Inhalt: 1. Einführung, Aufgaben des Chemischen Apparatebaus, Überblick über wesentliche

Grundlagen, Prinzipielle Methoden der Berechnung von Prozessen und zugehörigen Apparaten, Wichtige Gesichtspunkte für den Apparateentwurf

2. Gewährleistung der Apparatefestigkeit, Grundlagen, Beispiele für Festigkeitsberechnungen von zylindrischen Mänteln, ebenen und gewölbten Böden und anderen Apparateteilen

3. Wärmeübertragungsapparate, Berechnungsgrundlagen Bauarten von Wärmeübertragungsapparaten und wesentliche Leistungsdaten von Wärmeübertragern

4. Stoffübergangsapparate, Grundgesetze, Thermische Gleichgewichte zwischen verschiedenen Phasen, Blasendestillation, Mehrstufige Prozesse, Rektifikation, Konstruktive Stoffaustauschelemente, Hydraulischer Arbeitsbereich, Allgemeiner Berechnungsablauf für Kolonnenböden, Konstruktive Details von Kolonnen

5. Apparate für die Trocknung von Feststoffen, Berechnungsgrundlagen, Arten der Trocknung, Übersicht über technisch wichtige Trocknerbauformen

6. Apparate für die mechanische Trennung disperser Systeme, Apparative Gestaltung von Sedimentationsapparaten, Filtrationsapparate, Apparative Gestaltung von Zentrifugen, Dekantern

7. Rohrleitungen und Armaturen, Apparative Ausführung von Pumpen und Ventilatoren und deren Betriebsweise

Lehrformen: Vorlesung, Übung (Im Rahmen der Übung wird ein Apparat berechnet und konstruktiv entworfen), Exkursion; (WS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Mathematik, Physik, Strömungsmechanik I


60

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Konstruktiver Entwurf eines Apparates (Die positive Bewertung ist Voraussetzung für die Zulassung zur Prüfung) / K 90 / 4 CP

Modulverantwortlicher: Jun.-Prof. F. Herz, FVST

Literaturhinweise: Eigenes Script in moodle zum Herunterladen; Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, Springer-Verlag , 21. Auflage 2005; VDI-Wärmeatlas, VDI-Verlag, 10. Auflage 2006; Verfahrenstechnische Berechnungsmethoden, Teil 2: Thermisches Trennen, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Stuttgart 1996; Apparate–Technik–Bau-Anwendung, Vulkan-Verlag Essen, 1997; Grundlagen der Rohrleitungs- und Apparatetechnik, Vulkan-Verlag Essen, 2004; Berechnung metallischer Rohrleitungsbauteile nach EN 13480-3, Vogel-Buchverlag Würzburg, 2005

61

4.5 Biochemie


Modul: Biochemie

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten haben Basiskompetenzen der Biochemie, wobei die Wechselwirkungen zwischen den Molekülen, deren Struktur und biochemischen Prinzipien im Mittelpunkt stehen, so dass kombinatorisches Denken geschult wird.

Inhalt:

Von der Chemie zur Biochemie: Moleküle und Prinzipien

Proteine: Aufbau und Funktion

Enzyme und enzymatische Katalyse

Struktur- und Motorproteine

Zentrale Wege des katabolen und anabolen Stoffwechsels

Atmung und Photosynthese

Membranproteine und Rezeptoren

Prinzipien der Bioenergetik und Membranbiochemie

Lehrformen: Vorlesung; (WS)




Modulverantwortlicher: Prof. W. Marwan, FNW

Literaturhinweise:

Alberts: Molecular Biology of the Cell (englische oder deutsche Version)

Nelson/Cox: Lehninger Biochemie

Müller-Esterl: Biochemie

62

4.6 Blockseminar – Anleitung zum wissenschaftlichen Arbeiten


Modul: Blockseminar – Anleitung zum wissenschaftlichen Arbeiten

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden können anhand einer konkreten Aufgabenstellung einen Arbeits-/Versuchsplan aufstellen. Sie sind in der Lage sich selbständig die notwendigen Informationen unter Nutzung der zur Verfügung stehen Quellen (Datenbanken, Bibliothek, Internet, etc.) zu beschaffen und diese effektiv zu nutzen. Die Studierenden sind befähigt, die Versuchsdurchführung in adäquater Weise zu dokumentieren und auszuwerten. Sie verfügen über die erforderlichen Kenntnisse und Fähigkeiten, um eine wissenschaftliche Qualifizierungsarbeit schriftlich zu verfassen, sowie ein Projekt in einer öffentlichen Präsentation/einem Vortrag darzustellen.

Inhalt

Projektplanung (Zielstellung, Lösungswege, Meilensteine, mögliche Fehlkriterien)

Informationsquellen, Literatur-, Patentrecherche, Datenbanken

Literaturverwaltung

Versuchsplanung

Dokumentation

Auswertung

Wissenschaftliches Schreiben

Präsentationstechniken

Lehrformen: Vorlesung, Übungen, Seminarvortrag; (WS)


Arbeitsaufwand: 2 SWS; Präsenzzeit 28 Stunden, Selbststudium 62 Stunden

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: benoteter Leistungsnachweis / 3 CP

Modulverantwortlicher: Prof. F. Scheffler, FVST weitere Lehrende: Dr. V. Lorenz

Literaturhinweise: Wissenschaftliches Schreiben leicht gemacht, M. Kornmeier (Haupt),Foliensammlung

63

4.7 Funktionale Materialien für die Energiespeicherung


Modul: Funktionale Materialien für die Energiespeicherung

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden können die Einflussfaktoren und wichtigsten Techniken der heutigen Energieversorgung für Deutschland sowie weltweit benennen und analysieren. Sie können die Notwendigkeit für die Entwicklung und den verstärkten Einsatz von Energiespeichern begründen. Die Studierenden sind in der Lage, die unterschiedlichen Prinzipien zur Speicherung thermischer, elektrischer, chemischer und mechanischer Energie zu beschreiben und die möglichen Verfahren bezüglich der materialspezifischen Anforderungen zu werten. Besonderes Augenmerk wird dabei auch auf aktuelle Entwicklungen in der Forschung gelegt.

Inhalt 1. Thermische Energie Temperaturbereiche der Energiespeicherung und Temperaturhub zw. Wärmequelle und -bedarf sensible, latente, Adsorptions- und Absorptionswärme; Grundlagen Unterschied Kurzzeit-, Langzeit- u. Saisonalspeicher Materialien: feste Systeme, flüssige Systeme Spezifische Anwendungen 2. Elektrische Energie Akkumulatoren und Batterien: Übersicht, Arten, Einsatzgebiete gravimetrische und volumetrische Speicherdichte Standardpotentiale, Abhängigkeit von Temperatur des Systems und Konzentration der Reaktanden Nernst-Gleichung für die einzelnen Systeme Lade-/Entladekinetik; thermische Belastung; Auslegung Bilder existierender Anlagen Supercaps: Funktionsweise 3. Chemische Energie Wasserstoff, Herstellung über Elektrolyse, Speicherung Adam- und Eva-Prozess 4. Druckluft Speicherorte und Potentiale Funktionsweise 5. Schwungräder Langsame, schnelle, Potentiale, Wirkprinzip 6. Sonstiges z.B. Pumpspeicherwerke

Lehrformen: Vorlesung, Übungen; (SS)


Arbeitsaufwand: 3 SWS, (2 VL, 1 Ü), Selbststudium 78 h



64

Literaturhinweise: Energy Storage, R. A. Huggins (Springer Verlag), Erneuerbare Energien und Klimaschutz, Volker Quaschning (Carl Hanser Verlag), Foliensatz zum Download

65

4.8 Präparationsprinzipien poröser Materialien


Modul: Präparationsprinzipien poröser Materialien

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden können poröse Materialien anhand ihrer strukturellen, chemischen und Applikationseigenschaften unterscheiden. Sie kennen verschiedene Herstellungsprinzipien und können diese bezüglich ihrer Vor-und Nachteile bewerten, sowie für bestimmte Zielstrukturen eine adäquate Technik auswählen. Die Studierenden kennen für ausgewählte technische Anwendungen (Katalyse, Stofftrennung, Ionenaustausch etc. die gegenwärtig eingesetzten Materialien und deren prinzipielle Herstellung. Sie können zur Verfügung stehende allgemeine und spezielle Charakterisierungsmethoden (XRD, Porosimetrie, Adsorptionsverfahren, bildgebende Verfahren) hinsichtlich ihrer Aussagekraft einschätzen, auswählen und kombinieren. Besonderes Augenmerk liegt auf aktuellen Entwicklungen in der Forschung.

Inhalt:

Anorganisch-Technische Syntheseprinzipien und Präparationsmethoden poröser Materialien

Synthesestrategien und Verfahrensaspekte bei der Herstellung zeolithischer Materialien

Beschreibung von hydrothermalen Silikatkristallisationsprozessen

Kristallisationstechniken und –verfahren

Charakterisierungsmöglichkeiten poröser Produkte

Herstellungsverfahren amorpher Kieselgele und poröser Gläser

Klassische Al-reiche Zeolithe und hochsilikatische Produkte

Aluminiumphosphate – Neue Materialien mit interessanten Porengeometrien und Applikationen

Mesoporöse Materialien – Produkte mit Porengrößen in neuen Bereichen

Metall-organische Gerüstverbindungen (MOF)

Spezialitäten – Maßgeschneiderte Eigenschaften durch spezielle Kristallisationsverfahren

Schichtsilikate als Basissystem für 3D-vernetzte Materialien

Trägergestützte Kristallisation

Postsyntheseverfahren zur Eigenschaftseinstellung

Formgebung – Wichtiger Verfahrensschritt vor dem Einsatz

Lehrformen: Vorlesung, Übungen; (WS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Organische und Anorganische Chemie, geeignet ab 3. Semester




66

Literaturhinweise: Handbook of Porous Solids, Eds. F. Schüth, K. Sing, J. Weitkamp, Wiley-VCH, Foliensatz zum Download

67

4.9 Prinzipien der Wirkstoffforschung


Modul: Prinzipien der Wirkstoffforschung

Ziele und Kompetenzen:

Die Teilnehmer erkennen Target-Wirkstoff-Wechselwirkungen (z. B. Schlüssel-Schloss-Prin-zip) und leiten daraus das weitere Vorgehen für die Wirkstoffsynthese ab.

Die Studierenden können mit Hilfe des Bioisosterie-Konzepts und des Homologie-Prinzips aus-gehend von vorgegebenen Leitstrukturen die Optimierung von Wirkstoffen bzgl. ihrer Wirkstärke durchführen.

Sie sind in der Lage, durch Anwendung z. B. des Topliss-Schemas und dem Grimm’schen Hydrid-Verschiebungs-Satz und unter Berücksichtigung physiko-chemischer Parameter von Substituen-ten unter Zuhilfenahme von Regressionsanalysen die Eigenschaften von Wirkstoffen (z. B. Membranpermeabilität und Systemizität) zu beeinflussen.

Die Studierenden können aufgrund der Kenntnisse metabolischer Abbauprozesse stabilisierende Substituentenmuster (z. B. Einführung von Fluor) in Wirkstoffen gezielt planen.

Die Studierenden wissen, wie neue Wirkstoffe und chemische Verfahrensprozesse patentrechtlich geschützt werden können.

Inhalt:

Definition von Wirkstoffen

Wirkstoffe in Arznei- und Pflanzenschutzmitteln

Wirkstoffe im Alltag

Gliederung der Pflanzenschutzwirkstoffe nach Indikationen

Geschichtliche Entwicklung der Pharma- und Pflanzenschutzforschung

Schlüssel-Schloss-Prinzip

Toxizität von Wirkstoffen (Naturstoffe vs. synthetische Produkte)

Patente/Geistiges Eigentum

Resistenz

Pflanzenzüchtung vs. Pflanzenbiotechnologie

Safener Technologie

Systemizität (Xylem- und Phloemmobilität)

Saatgutbehandlung

Pheromon-basierte Pflanzenschutzmittel

Synergismus

Pharmakodynamik vs. Pharmakokinetik

Agrokinetik

ADME

Lipinsky Regel

Briggs Regel

Einfluss physiko-chemischer Parameter (e. g. Log P, ΔLog P, log KOC, log kOW, Hydrolyse, pKa, Wasserlöslichkeit) auf die Aktivität und Verteilung von Wirkstoffen

Pflanzen als komplexe Systeme

Dosis-Wirkungs-Beziehung, Therapeutische Breite

Agonisten und Antagonisten

Intrinsische Aktivität vs. Affinität

Toxikologie

Bienenschutzverordnung

Quellen für Ideen zur Auffindung neuer Wirkstoffe

Neue Wirkstoffe nach dem Zufallsprinzip

68

Patente als Ideenquelle : Me-Too-Forschung

Wirkstoffe nach dem Vorbild der Natur, Traditonelle Chinesische Medizin

Kombinatorische Chemie

Ultra High Throughput Screeneing (UHTVS, UHTBS)

Gene Expression Profiling

Virtuelles Target-basiertes Screening

Rational Design

Wirkstoff-Target-Wechselwirkungen (kovalente und nicht kovalente Wechselwirkungen)

Wirkstoff-Protein-Komplexe

Substituenteneffekte auf die Toxophorbindung

Aminosäuren (Fischer-Projektion, CIP-Regel)

Enzyme vs. Rezeptoren

Strategien für die gezielte Optimierung von Leitstrukturen

Fragment-basierte Optimierung

Aufbau einer Bindestelle

Bioisosteriekonzept

Grimm’scher Hydridverschiebungssatz

Pseudohalogene

Homologie-Prinzip (Variation homologer Reihen, Vinylogie, Benzologie)

Ringtransformationen (konjunktive und dissoziative Ansätze)

Rigidisierung

Optische Isomerie in Arzneimitteln, Chiralität

Pfeiffer’sche Regel

Chirale Pflanzenschutzmittel

Twin Drugs und Dual Acting Drugs

Symmetrie in der Natur

Anwendungsregeln für die Wirkstoffoptimierung

Wahl der richtigen Substituenten

Hammet Konstante

Hansch-Fujita-Konstante

Taft-Faktor

Molare Refraktivität

Hansch Analyse

Regressions-Analyse

Topliss-Variationen

Einflüsse von Alkyl- und ungesättigten Gruppen bzw. sauerstoff- und schwefelhaltigen Substituenten

Einflüsse von sauren und basischen Substituenten

Einflüsse von Halogenen in der Wirkstoffforschung

Fluor : Ein wichtiges Element für das Wirkstoffdesign

Beispiele für die Strategie zur Wirkstoffoptimierung

Der SOSA Approach

Metabolismus : Phase I- und Phase II-Reaktionen

Radioaktiv-markierte Synthesen

Das Prodrug Prinzip

Formulierforschung

Verfahrenswegeforschung und Prozessentwicklung

Lehrformen: Vorlesungen, Exkursion; (WS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Grundkenntnisse der organischen Chemie

69

Arbeitsaufwand: 2 SWS Präsenzzeiten: 28 Stunden; Selbststudium: 62 Stunden

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Teilnahmebestätigung und/oder mündliche Prüfung (auf Wunsch) / 3 CP (Die CPs werden nur bei Ablegen der Prüfung vergeben)

Modulverantwortlicher: Hon.-Prof. Ernst R. F. Gesing, FVST

Literaturhinweise:

G. L. Patrick, An Introduction to Medicinal Chemistry, Oxford University Press (2005); C. G.

Wermuth, The Practice of Medicinal Chemistry, Academic Press (2008); G. Klebe,

Wirkstoffdesign, Spektrum (2009) und Primärliteraturangaben im Skript angegeben.

70

4.10 Prozessdynamik I


Modul: Prozessdynamik I

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden sind befähigt, das dynamische Verhalten von örtlich konzentrierten Prozessen der Verfahrenstechnik, der Energietechnik und der Biosystemtechnik mittels mathematischer Modelle zu beschreiben und zu analysieren. Sie sind in der Lage, diese Modelle für vorgegebene Prozesse konsistent aufzustellen, geeignete numerische Lösungsalgorithmen auszuwählen und darauf aufbauend stationäre und dynamische Simulationen durchzuführen. Sie können qualitative Aussagen über die Stabilität autonomer Systeme treffen und sind befähigt, das dynamische Antwortverhalten technischer Prozesse für bestimmte Eingangssignale quantitativ vorherzusagen. Ausgehend von den erzielten Analysenergebnissen sind die Studierenden in der Lage, die Wirkung von Struktur- und Parametervariationen auf die Dynamik der untersuchten Prozesse korrekt einzuschätzen.

Inhalt:

Motivation und Anwendungsbeispiele

Bilanzgleichungen für Masse und Energie

Thermodynamische und kinetische Gleichungen

Allgemeine Form dynamischer Modelle

Numerische Simulation dynamischer Systeme

Linearisierung nichtlinearer Modelle

Stabilität autonomer Systeme

Laplace-Transformation

Übertragungsverhalten von „Single Input Single Output“ (SISO) Systemen

Übertragungsverhalten von „Multiple Input Multiple Output“ (MIMO) Systemen

Übertragungsverhalten von Totzeitgliedern

Analyse von Blockschaltbildern

Lehrformen: 2 SWS Vorlesung und 1 SWS Übung; (WS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Mathematik I und II, Simulationstechnik




71

Literaturhinweise: [1] B.W. Bequette, Process Dynamics, Prentice Hall, New Jersey, 1998. [2] D.E. Seborg, T.F. Edgar, D.A. Mellichamp, Process Dynamics and Control, John Wiley & Sons,

New York, 1989. [3] B.A. Ogunnaike, W.H. Ray, Process Dynamics, Modeling and Control, Oxford University Press,

New York, 1994.

72

4.11 Regelungstechnik


Modul: Regelungstechnik

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden erwerben einen ersten Einblick in die Analyse und Synthese kontinuierlicher Regelungssysteme. Über die mathematische Beschreibung durch Differentialgleichungen werden sie befähigt, zunächst die wesentlichen Eigenschaften linearer zeitinvarianter Systeme im Zeitbereich und anschließend im Frequenzbereich zu untersuchen. Die erreichte Zielkompetenz besteht darin, diese Methoden erfolgreich zur Analyse und dem Entwurf von Regelsystemen einzusetzen.

Inhalt: 1. Einführung: Ziele und Wege der Reglungstechnik 2. Mathematische Modellierung dynamischer Systeme 3. Verhalten linearer zeitinvarianter Systeme 4. Beschreibung im Frequenzbereich 5. Laplace-Transformation und Übertragungsfunktion 6. Regelverfahren 7. Analyse und Entwurf von Regelkreisen

Lehrform: Vorlesung, Übung; (SS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Mathematik I-II



Modulverantwortlicher: Prof. A. Kienle, FEIT

Literaturhinweise: Regelungstechnik [1 ] Unbehauen, H.: Regelungstechnik I - Klassische Verfahren zur Analyse und Synthese linearer kontinuierlicher Regelsysteme. Vieweg-Verlag, Braunschweig/ Wiesbaden, 2002 (12. Auflage). [2 ] Lunze, J.: Regelungstechnik I - Systemtheoretische Grundlagen, Analyse und Entwurf einschleiger Regelungen, Springer-Verlag, Berlin, 2001 (3. Auflage). [3 ] Dorf, R.C.; Bishop R.H.: Moderne Regelsysteme, Pearson, München, 2006 (German edition). [4 ] Föllinger, O.: Regelungstechnik. Einführung in die Methoden und ihre Anwendungen. Hüthig-Verlag, Heidelberg,1994 (8. Auflage) Systemtheoretische Grundlagen [5 ] Unbehauen, R.: Systemtheorie 1 - Allgemeine Grundlagen, Signale und lineare Systeme im Zeit- und Frequenzbereich. Oldenbourg-Verlag München, 2002 (8. Auflage).

73

[6 ] Girod, B.; Rabenstein, R.; Stenger, A.:. Einführung in die Systemtheorie. Signale und Systeme in der Elektrotechnik und Informationstechnik. Teubner-Verlag, Stuttgart, 2005 (3. Auflage). [7 ] Föllinger, O.: Laplace-, Fourier- und z-Transformation. Hüthig-Verlag, Heidelberg, 2000 (7. Auflage).

74

4.12 Statistische Planung und Auswertung von Versuchen


Modul: Statistische Planung und Auswertung von Versuchen

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden verfügen über die Fähigkeit, experimentelle Daten aus Produktionsprozessen mit statistischen Methoden auszuwerten. Sie können Regressionsrechnungen, Regressionsanalysen und Korrelationsanalysen für lineare sowie für nichtlineare Prozessmodelle durchführen. Sie sind in der Lage die Vertrauensbereiche von Modellparametern zu ermitteln. Die Studierenden beherrschen grundlegende Arbeitstechniken der Versuchsplanung für Modelle ersten und zweiten Grades (orthogonale, zentrale und zusammengesetzte Versuchspläne).

Inhalt: 1) Grundbegriffe und Definitionen der Statistik: Variable, Parameter, Modelle, Regression,

Planung 2) Statistische Grundlagen: Zufall, Wahrscheinlichkeit, Verteilungen, Stichprobe, Varianz,

Schätzung, Vertrauensbereiche 3) Lineare Modelle: Parameter, Einfache Regression, Korrelations- und Regressionsanalyse,

Vertrauensintervalle, Varianz und Kovarianz, Multiple Regression 4) Nichtlineare Modelle: Linearisierung, Iterative Regressionsverfahren 5) Versuchsplanung: Modelle 1. und 2. Grades, Faktorielle Versuchspläne, Blockfaktorpläne,

Orthogonale, zentrale und zusammengesetzte Versuchspläne, Rotierte Versuchspläne, Zuverlässigkeit

Lehrformen: 2 SWS Vorlesung und 1 SWS Übung; (SS)



Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Mündliche Prüfung / 4 CP

Modulverantwortlicher: Dr. R. Flassig, FVST

Literaturhinweise: [1] E. Kreyszig, Statistische Methoden und ihre Anwendungen, Vandenhoeck & Ruprecht. [2] K.-R. Koch, Parameter Estimation and Hypothesis Testing in Linear Models, Springer. [3] K. Siebertz, D. Van Bebber, T. Hochkirchen, Statistische Versuchsplanung: Design of

Experiments (DoE), Springer. [4] D. C. Montgomery, Design and Analysis of Experiments, John Wiley & Sons.

75

5 Masterstudiengang Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung, Pflichtmodule

5.1 Produktfunktionalisierung: Metallorganik und homogene Katalyse

Studiengang: Pflichtmodul Master Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung

Modul: Produktfunktionalisierung: Metallorganik und homogene Katalyse


Erwerb von Kenntnissen zu den Grundbegriffen und grundlegenden Theorien der Metallorganischen Chemie

Erlangung von Basiswissen über die Natur der metallorganischen Verbindungen, von Eigenschaften wichtiger metallorganischer Verbindungsklassen und deren technische Anwendungen in der Homogenkatalyse

Anwendung interdisziplinären Wissens aus anderen Bereichen der Chemie

Inhalt

Einführung metallorganische Verbindungen, Historische Entwicklung

Allgemeine Darstellungsverfahren für metallorganische Verbindungen

Metallorganische Verbindungen der Hauptgruppenelemente (Lithium, Magnesium, Aluminium, Gallium etc.)

Übergangsmetall-Carbonyl- und Phosphan-Komplexe

Übergangsmetall-Alken-Komplexe, Darstellung (auch technische), Struktur und Reaktionen

Übergangsmetall--Komplexe, Bedeutung, Darstellung (auch technische), Struktur und Reaktionen (Liganden: Cyclopentadienyl, Cyclooctatetraenyl, Butadienyl) MO-Modell zur Bindung von Metall an Cp (Ferrocen)

Homogenkatalyse mit metallorganischen Verbindungen: - Einführung in die Homogenkatalyse - Hydrierungen (Olefine, Ketone/Aldehyde, CO) - Isomerisierungen - Oligomerisierungen (Ziegler, Reppe, Wilke) - Polymerisationen (Olefine, Diene, ringöffnende Polymerisationen) - HX-Addition an Olefine (Hydrocyanierung, Hydrosilylierung, Hydroaminierung) - C-C-, C-N- und C-O-Kupplungen an Olefinen und Aromaten (Heck-Reaktion, Palladium- Katalyse, Olefin- und Alkin-Metathese) - Oxidationsreaktionen (Wacker-Prozess, Epoxide, Oxidation von Aromaten, Aliphaten, Alkoholen)

Lehrformen: Vorlesung, Begleitseminar; (SS); (1. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme: abgeschlossene Lehrveranstaltungen im Bachelorstudiengang MSPG; erfüllte Auflagen bei Absolventen ähnlicher Bachelorstudiengänge;


76

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: M / 5 CP

Modulverantwortlicher: Prof. F.T. Edelmann, FVST weiterer Lehrender: Dr. V. Lorenz

77

5.2 Produktfunktionalisierung: Wirkstoffe für die Pharmaindustrie


Modul: Produktfunktionalisierung: Wirkstoffe für die Pharmaindustrie

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden beherrschen die retrosynthetische Analyse komplexer chiraler Verbindungen (Wirkstoffe, Naturstoffe) unter Berücksichtigung des „chiral pools“. Sie sind zur Syntheseplanung unter Anwendung konvergenter Strategien, orthogonaler Schutzgruppentechnik und moderner Synthesemethoden (enantioselektive, katalytische, metallorganische und biomimetische Reaktionen) befähigt. Zudem können sie komplexe Reaktionsabläufe (Nachbargruppenbeteiligung, Tandemreaktionen und sequenzielle Prozesse) analysieren, planen und entwickeln. Die Studierenden kennen die Methodik der Syntheseoptimierung sowie die grundlegenden Prinzipien der Wirkstoffoptimierung.

Inhalt: Die Vorlesung behandelt Grundlagen und Prinzipien der modernen organisch chemischen Wirkstoffsynthese und Naturstofftransformation sowie ausgewählte Totalsynthesen von Naturstoff- und Wirkstoffmolekülen. Der Schwerpunkt liegt auf der Anwendung moderner Synthesemethoden zum mehrstufigen Aufbau komplexer Moleküle. Die Vorlesung beinhaltet:

Retrosynthetische Analyse unter Verwendung des „chiral pools“

Enantioselektive Reaktionsführung

Orthogonale Schutzgruppentechnik

Metallorganische Reaktionen

Enzym-, Organometall- und Organokatalyse

Asymmetrische Katalyse

Biomimetische Synthese

Nachbargruppeneffekte

Tandemreaktionen

Sequenzielle Prozesse

Planung komplexer Reaktionsabläufe durch Kombination organischer Elementarreaktionen

Konvergente und lineare Totalsynthese komplexer Natur- bzw. Wirkstoffe

Grundlegende Wirkmechanismen kleiner Moleküle an biologischen Systemen

Wirkstoffoptimierung (Pharmakophore Gruppen, Toxizität, Bioverfügbarkeit)

Lehrformen: Vorlesung, Seminar; (SS); (1. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme: abgeschlossene Lehrveranstaltungen im Bachelorstudiengang MSPG; erfüllte Auflagen bei Absolventen ähnlicher Bachelorstudiengänge


Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - / M / 5 CP


78

Literaturhinweise:

F. A. Carey, R. J. Sundberg, Organische Chemie - Ein weiterführendes Lehrbuch, Wiley-VCH, Weinheim

K. C. Nicolaou, Classics in Total Synthesis I-III, Wiley-VCH, Weinheim

Vorlesungsmaterial zu ausgewählten Totalsynthesen zum Download

79

5.3 Produktfunktionalisierung: Moderne Materialien


Modul: Produktfunktionalisierung: Moderne Materialien

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden haben grundlegende Kenntnisse zu wichtigen Materialklassen sowie deren prinzipiellen Struktur-Eigenschafts-Beziehungen. Sie können anhand ausgewählter Beispiele den Entwicklungsweg modernen Materialien mit technischer Relevanz nachzuzeichnen und zu bewerten. Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage durch fachübergreifende Anwendung der Kenntnisse aus dem natur- und ingenieurwissenschaftlichen Bereich Lösungsstrategien für innovative Material- und Produktentwicklungen zu erarbeiten.

Inhalt:

Systematisierung von Materialklassen, Struktur-Eigenschafts-Beziehungen,

Prinzipielle Möglichkeiten der Eigenschaftsmodifizierung Ausgewählte Beispiele aus folgenden Materialklassen:

Metalle,

Keramiken,

Gläser,

Polymere,

Komposit- und Verbundmaterialien,

poröse anorganische Stoffen,

organisch-anorganische Hybridmaterialien,

Biomaterialien,

ferroische und magnetische Materialien,

funktionale Beschichtungen,

Oberflächen- und Volumenstrukturierung.

Lehrformen: Vorlesung, Seminar; (WS); (2. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme: abgeschlossene Lehrveranstaltungen im Bachelorstudiengang MSPG; erfüllte Auflagen bei Absolventen ähnlicher Bachelorstudiengänge;




Literaturhinweise: Synthesis of Inorganic Materials, U. Schubert, N. Hüsing (Wiley-VCH), Materials Science and Engineering: An Introduction, W.D. Callister (Wiley-VCH), Foliensatz zum Download

80

5.4 Produktcharakterisierung: Struktur-Eigenschafts-Beziehungen


Modul: Produktcharakterisierung: Struktur-Eigenschafts-Beziehungen

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Ziel des Moduls ist es, die im Modul "Produktcharakterisierung / Moderne Analysenmethoden" des Bachelorstudiums behandelten Methoden insbesondere theoretisch weiter zu vertiefen. So forschen die Studierenden selbständig unter Anwendung der behandelten Methoden und sind nicht nur Ausführende. Die Studierenden können über die Routineanalytik hinaus im F&E-Bereich eigenständig auch schwierigste Messprobleme angehen, bzw. über identifizierte Strukturen Eigenschaftsaussagen ableiten.

Inhalt Die Vorlesung vertieft die zum Verständnis der einzelnen Methoden erforderlichen Kenntnisse und stellt die Zusammenhänge zwischen Strukturmerkmalen und Stoff- bzw. Materialeigenschaften immer in den Focus der Betrachtungen. Insbesondere angesprochen werden:

Methoden der Oberflächenanalytik – Chemie und Physik fester Oberflächen

Massenspektrometrie - Vertiefung Ionisierungstechniken, Fragmentierungsmechanismen, exakte Massenbestimmung

Kernmagnetische Resonanzspektroskopie – theoretischer Hintergrund komplexer Impulsfolgen sowie höherer Spinsysteme

Röntgen-Strukturanalyse – Grundbegriffe der Kristallographie, Röntgenbeugung an Atomen und Kristallen

Röntgenpulverdiffraktometrie: Symmetrielehre; Beugung: direktes und reziprokes Gitter (Ewald-Konstruktion); Überblick: Strukturbestimmung aus Pulverdaten; strukturbedingte Eigenschaften bei Festkörper-Materialien (z. B. anisotrope Leitfähigkeit, optische Eigenschaften, Phasenumwandlungen)

Neue Entwicklungen im Bereich der Analytik Vor der zu absolvierenden mündlichen Prüfung werden den Studenten Prüfungskommissionen (zwei Prüfer) vorgeschlagen, die im Sinne einer inhaltlichen Schwerpunktsetzung zusammengestellt sind. Der Prüfling entscheidet sich für eine Prüfungskommission. Der Besuch des WPF „Blockseminar – Strukturaufklärung“ wird empfohlen!

Lehrformen: Vorlesung; (WS); (2. Semester)

Voraussetzung für die Teilnahme: Für Absolventen des Bachelorstudiengangs "Molekulare und Strukturelle Produktgestaltung": Erfolgreiche Teilnahme an der Lehrveranstaltung "Produktcharakterisierung / Moderne Analysemethoden"; für Bachelorabsolventen anderer Studiengänge: Einzelfallprüfungen, Teilnahme ggf. unter Auflagen



Modulverantwortlicher: Prof. Dr. H. Weiß, FVST

81

weitere Lehrende: Dr. S. Busse, Dr. L. Hilfert, Dr. A. Lieb

Literaturhinweise:

Interpretation von Massenspektren; Mc Lafferty, Turecek; Spektrum

Ein- und Zweidimensionale NMR-Spektroskopie, VCH, H. Fribolin

Understanding NMR Spectroscopy, Wiley, J. Keeler

82

5.5 Chemisches Vertiefungspraktikum


Modul: Chemisches Vertiefungspraktikum

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Am Ende des Praktikums können die Studierenden weitgehend selbständig auch schwierige wissenschaftliche Forschungsaufgaben im Labor bearbeiten. Hierfür werden sie im Rahmen des Praktikums in einem chemischen Vertiefungsfach (Anorganische, Organische, Physikalische oder Technische Chemie) mit gängigen Arbeitspraxen auf dem Forschungsniveau vertraut gemacht. Im Rahmen dessen festigen sie auch den Umgang mit experimentellen Aufbauten bzw. Arbeitstechniken weiter und setzen theoretisch erworbenes Wissen in die praktische Anwendung um.

Inhalt Im Rahmen des Praktikums werden in Absprache zwischen den Studierenden und dem jeweiligen Lehrstuhl kleine Forschungsaufgaben vergeben, die durchgeführt, ausgewertet, und entsprechend protokolliert werden müssen. Die Anfertigung eines Ergebnisprotokolls und die Präsentation der Ergebnisse (Referat, Poster, Kolloquium) nach dem Abschluss der Arbeiten sind integraler Bestandteil des Moduls.

Lehrformen: Praktikum semesterbegleitend oder Blockpraktikum, Präsentation/Kolloquium; (WS)

Voraussetzung für die Teilnahme: abgeschlossener Bachelorstudiengang MSPG; erfüllte Auflagen bei Absolventen ähnlicher Bachelorstudiengänge;


Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: LN (benotet) / Präsentation/Kolloquium / 5 CP

Modulverantwortlicher: Prof. F. Scheffler, FVST weitere Lehrende: PD Dr. E. Haak, Dr. A Lieb, Dr. J. Vogt, Dr. V. Lorenz, Prof. H. Weiß, Prof. D. Schinzer, Prof. F.T. Edelmann

Literaturhinweise:

P. H. Plesch, „High vacuum techniques for chemical syntheses and measurements“ , Cambridge Univ. Press 1989, ISBN: 0-521-25756-5

Herrmann, Wolfgang A.; Brauer, Georg „Synthetic methods of organometallic and inorganic chemistry“ , Thieme Verlag 1996 – 2002, Bände 1 – 10, 3-13-103021-6, 3-13-103031-3, 3-13-103041-0, 3-13-103051-8, 3-13-103061-5, 313-103071-2, 3-13-103081-X, 3-13-103091-7, 3-13-115141-2 und 3-13-115161-7.

Weitere projektbezogene Originalliteratur wird zu Beginn des Praktikums ausgegeben.

83

5.6 Nichttechnische Fächer

Studiengang: Wahlpflichtfächer Master Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung

Modul: Nichttechnische Fächer

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Vergleiche Katalog „Nichttechnische Fächer“

Inhalt Vergleiche Katalog „Nichttechnische Fächer“

Lehrformen: Vorlesung, Übung



Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Leistungsnachweise / 5 CP

Modulverantwortliche: Vergleiche Katalog „Nichttechnische Fächer“

84

5.7 Masterarbeit


Modul: Masterarbeit

Ziel des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden können innerhalb einer vorgegebenen Frist ein Problem selbständig mit wissenschaftlichen Methoden bearbeiten. Sie haben die Fähigkeit, mögliche Lösungsansätze zu analysieren und kritisch zu bewerten. Sie können ihre Arbeit im Kontext der aktuellen Forschung einordnen.

Inhalt: Themenstellungen zu aktuellen Forschungsvorhaben werden von den Professoren der Fakultät bekannt gegeben. Die Studierenden können sich ein Thema ihrer Neigung auswählen. Die Ausgabe des Themas ist im Prüfungsamt mit den Namen der Prüfer aktenkundig zu machen. Im Kolloquium haben die Studierenden nachzuweisen, dass sie in der Lage sind, Arbeitsergebnisse aus der selbständigen wissenschaftlichen Bearbeitung in einem Fachgespräch zu verteidigen. Dazu müssen die Ergebnisse in einem Vortrag von max. 15 Minuten dargestellt und diesbezügliche Fragen beantwortet werden.

Lehrformen: Selbständige Problembearbeitung mit Abschlussarbeit

Voraussetzung für Teilnahme: 30 CP

Arbeitsaufwand: 20 Wochen

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Masterarbeit mit Kolloquium 30 CP

Modulverantwortliche: Prüfungsausschussvorsitzender

85

6 Masterstudiengang Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung, Wahlpflichtfächer

6.1 Adsorption und heterogene Katalyse

Studiengang: Wahlpflichtmodul Master Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung

Modul: Adsorption und heterogene Katalyse

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden

sind in der Lage die wichtigsten Adsorbentien, hinsichtlich ihrer Eigenschaften in ihren Grundzügen zu charakterisieren

können Adsorptionsgleichgewichte von Einzelstoffen und Gemischen mathematisch und experimentell quantifizieren.

haben ein Grundverständnis zur Durchführung von Adsorptionsprozessen in technischen Apparaten zur Stofftrennung, z.B. für die Auslegung von Festbettadsorbern

können effektive Reaktionsgeschwindigkeiten katalytisch wirkender Feststoffe unter Berücksichtigung des Adsorptionsverhaltens identifizieren

sind mit verschiedenen modernen instationären (Reaktor-)Betriebsweisen vertraut

Inhalt:

Adsorptionsprozesse o Adsorptionsgleichgewicht und Adsorptionskinetik o Stoffbilanzen und Adsorberauslegung o Beispiele zur technischen Anwendung

Heterogene Katalyse o Kinetik o Wärme- und Stoffbilanzen o Berechnung von Festbettreaktoren o Instationäre Betriebsweisen

Industrielle Chromatographie o Vorstellung verschiedener verfahrenstechnischer Konzepte o Beispiele aus der pharmazeutischen Industrie und Biotechnologie

Lehrformen: Vorlesung / Seminare; (WS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Chemie, Reaktionstechnik I, Thermodynamik



86

Modulverantwortlicher: Prof. A. Seidel-Morgenstern, FVST

Literaturhinweise:

Kast, Adsorption aus der Gasphase, VCH, Weinheim, 1988

Ertl, Knörziger, Weitkamp, Handbook of Heterogeneous Catalysis, VCH, 2008

87

6.2 Anleitung zum wissenschaftlichen Arbeiten – Blockseminar


Modul: Anleitung zum wissenschaftlichen Arbeiten – Blockseminar

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden können anhand einer konkreten Aufgabenstellung einen Arbeits-/Versuchsplan aufstellen. Sie sind in der Lage sich selbständig die notwendigen Informationen unter Nutzung der zur Verfügung stehen Quellen (Datenbanken, Bibliothek, Internet, etc.) zu beschaffen und diese effektiv zu nutzen. Die Studierenden sind befähigt, die Versuchsdurchführung in adäquater Weise zu dokumentieren und auszuwerten. Sie verfügen über die erforderlichen Kenntnisse und Fähigkeiten, um eine wissenschaftliche Qualifizierungsarbeit schriftlich zu verfassen, sowie ein Projekt in einer öffentlichen Präsentation/einem Vortrag darzustellen.

Inhalt

Projektplanung (Zielstellung, Lösungswege, Meilensteine, mögliche Fehlkriterien)

Informationsquellen, Literatur-, Patentrecherche, Datenbanken

Literaturverwaltung

Versuchsplanung

Dokumentation

Auswertung

Wissenschaftliches Schreiben

Präsentationstechniken

Lehrformen: Vorlesung, Übungen, Seminarvortrag; (WS)



Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Benoteter Leistungsnachweis / 3 CP

Modulverantwortlicher: Prof. F. Scheffler , FVST Weitere Lehrende: Dr. V. Lorenz

Literaturhinweise: Wissenschaftliches Schreiben leicht gemacht, M. Kornmeier (Haupt), Foliensammlung

88

6.3 Aufbereitungstechnik und Recycling


Modul: Aufbereitungstechnik und Recycling

Ziele (Kompetenzen): Die Studenten • kennen Quellen und Aufkommen fester Abfallstoffe, wie z.B. Siedlungsabfälle, Baureststoffe,

Metall- und Elektronikschrotte, Kunststoffabfälle, Industrieabfälle und deren unterschiedliche Stoffeigenschaften (Stoffanalyse),

• analysieren die resultierenden verfahrenstechnischen, energetischen, wirtschaftlichen und ökologischen Probleme und Ziele des Wertstoffrecyclings unter Einhaltung der gesetzlichen Rahmenbedingungen,

• verstehen und beherrschen die Grundlagen und die Problemanalyse wichtiger Aufbereitungsprozesse fester Abfälle (Prozess-Diagnose), wie Aufschlusszerkleinerung und Partikeltrennungen (Klassier- und Sortierprozesse),

• können in Grundzügen die Aufbereitungsprozesse, Maschinen und Apparate funktionell auslegen (Prozessgestaltung),

• entwickeln Problemlösungen durch kluge Kombination energetisch effizienter, mechanischer Prozesse der Abfallaufbereitung (Verfahrensgestaltung), des Wert- und Werkstoffrecyclings zwecks Erzeugung hochwertiger Recyclingprodukte (Produktgestaltung).

Inhalt: • Grundlagen der Aufbereitungstechnik und des Recyclings, Prinzipien der Umweltpolitik,

gesetzliche Rahmenbedingungen, komplexe Stoffkreisläufe und nachhaltige Wirtschaft • Physikalische Grundlagen der Charakterisierung fester Abfallstoffe, Aufkommen, Inhaltsstoffe

und Stoffeigenschaften fester Abfallstoffe, Probenahme, Partikelwechselwirkungen, Partikeltransport,

• Aufschlusszerkleinerung, Mechanisches Stoffverhalten, Beanspruchungsarten, Zerkleinerungsmaschinen für Abfälle mit zähem Stoffverhalten, Scheren, Reißer,

• Klassierung von festen Abfälle, Grundlagen, Prozesse und Maschinen des Klassierens, • Sortierung von festen Abfällen, Grundlagen, Mikroprozesse, Prozesse und Maschinen des

Sortierens (Dichtesortierung, Flotation, Magnetscheidung, Elektrosortierung, automatisches Klauben),

• Gestaltung von Aufbereitungsverfahren, kommunale Abfälle, Baureststoffe, Metall- und Elektronikschrotte, Kunststoffabfälle, feste Industrieabfälle zur Wiederverwertung

Lehrformen: Vorlesung, Übungen mit studentischen Vorträgen, praktische Übungen (Aerosortierung, Flotation); (WS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Mechanische Verfahrenstechnik



89


Literaturhinweise: [1] Manuskript mit Text, Bildern und Übungen siehe www.ovgu.de/ivt/mvt/ [2] Schubert, H., Aufbereitung fester Stoffe, Bd II Sortierprozesse, Dt. Verlag f. Grundstoffindustrie,

Stuttgart 1996


90

6.4 Bioseparationen


Modul: Bioseparationen

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden erkennen die Besonderheiten von Trennprozessen für biogene und bioaktive Stoffe. Sie sind in der Lage, Methoden zur Steigerung der Selektivität einzusetzen, kinetische Hemmungen zu identifizieren und Modellierungsmethoden kritisch zu nutzen. Auf dieser Basis können sie Trennprozesse einzeln auslegen sowie miteinander kombinieren, um Anforderungen hinsichtlich der Produktqualität, Prozesseffizienz und Wirtschaftlichkeit zu erfüllen.

Inhalt 1. Einleitung: Besonderheiten von biogenen bzw. bioaktiven Stoffen, Anforderungen an

entsprechende Trennprozesse 2. Extraktion: Gleichgewichte und deren Manipulation, Auslegung von Extraktionsprozessen 3. Adsorption und Chromatographie: Fluid-Fest-Gleichgewicht, Einfluss des Gleichgewichts auf die

Funktion von Trennsäulen 4. Adsorption und Chromatographie: Physikalische Ursachen der Dispersion, Dispersionsmodelle und

ihre Auflösung im Zeit bzw. Laplaceraum, empirische Auslegungsmethoden 5. Fällung und Kristallisation: Flüssig-Fest-Gleichgewicht, Methoden zur Erzeugung von

Übersättigung, Wachstum und Aggregation von Einzelpartikel und Populationen, diskontinuierliche und kontinuierliche Prozessführung

6. Trocknung: Grundlagen der Konvektions- und Kontakttrocknung sowie der damit verbundenen thermischen Beanspruchung

7. Vakuumkontakttrocknung, Gefriertrocknung

Lehrformen: Vorlesung, Übung; (SS)




Modulverantwortlicher: Dr. A. Kharaghani, FVST

Literaturhinweise: Eigene Notizen zum Download; Garcia et al.: Bioseparation process science (Blackwell); Harrison et al.: Bioseparations science and engineering (Oxford University Press).

91

6.5 Cell Culture Engineering

Course: Selective module for the master course Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung

Module: Cell Culture Engineering

Objectives: Students participating in this course are getting an in depth insight into cell culture engineering with a focus on cultivation techniques for animal and human cells. They will learn relevant methods, background information on cell lines, media, assays, cultivation methods, mathematical models and regulatory requirements. Lectures are complemented with a practical training which enables students to grow mammalian cell lines, perform routine and advanced assays and perform validations for equipment and assays. Results obtained will be summarized in a report and presented in a seminar.

Contents: Lecture Cell lines

Cell line derivation, Specific cell types, Cell banks, Culture collections Cultivation

Culture environment, Solid substrates, Liquid substrates, Gas phase Cell culture systems, Physical process parameters

Cell growth, metabolism and product formation Overview, Biochemistry of the cell

Mathematical modeling Motivation, Unstructured models: An introduction to modeling Examples: Batch cultivation, Modeling cell growth and substrate consumption, Virus dynamics Gas balances for a bioprocess, Soluble carbon dioxide balance for a bioprocess

Manufacturing Processes Overview, Viral vaccine production, Recombinant proteins, Antibodies

Regulatory Issues Overview, Good Manufacturing Practice (GMP), Validation and Qualification, Equipment qualification, Assay validation Laboratory course Growth of adherent and suspension cells, Assay validation, Equipment qualification (Bioreactor, Filters), Modeling

Teaching: Lecture and laboratory course; (summer semester)

Prerequisites: Study courses of B. sc.: Biochemical Engineering, Modeling of Bioprocesses

Workload: 4 SWS (56 h lectures + 64 h self-dependent studies)

Examinations/Credits: Oral examination, lab report / 4 CP

Responsible module: Prof. U. Reichl, FVST Responsible lectures: Prof. U. Reichl / PD Dr. Y. Genzel

92

Literature: Clynes, M. (1998) Animal cell culture techniques, Springer Lab Manual Doyle, A. and Griffith, J.B. (1998) Cell and tissue culture: laboratory procedures in Biotechnology, John Wiley & Sons Freshney, M.G. (2002) Culture of animal cells, a manual of basic techniques, 3

nd ed., John Wiley & Sons,

New Jersey Gregersen, J.P. (1994) Research and development of vaccines and pharmaceuticals from biotechnology, VCH, Weinheim Häggström, L. (2000) Cell metabolism, animal. in Encyclopedia of cell technology, ed. Stier R. Wiley & Sons, New York: 392-411 Masters, J.R.W. (2000): Animal cell culture, Oxford University Press, 3

rd ed.

Salway, J.G. (1999) Metabolism at a glance, Blackwell Science, 2nd

ed., Oxford Shaw, A.J. (1966) Epithelial cell culture, a practical approach, IRL Press

93

6.6 Chemie aromatischer Heterocyclen


Modul: Chemie aromatischer Heterocyclen

Ziele des Moduls:

Die Studierenden kennen heterocyclische Natur- und Wirkstoffe und sind sich der Wichtigkeit dieser Verbindungen für Life Sciences bewusst.

Sie kennen die Trivialnamen heterocyclischer Verbindungen und können nach der A- und der Hantzsch-Widmann-Patterson-Nomenklatur Heterocyclen benennen bzw. aus ihren Namen die Strukturen ableiten.

Die Studierenden sind in der Lage, aus acyclischen Bausteinen aromatische Heterocyclen zu syn-thetisieren, wobei sie die erlernten prinzipiellen Synthesestrategien zur Anwendung bringen oder retrosynthetisch die Heterocyclen konzipieren.

Sie kennen die Reaktivitätsunterschiede fünf- und sechsgliedriger Heterocyclen, die sie u. a. mit Hilfe der HMO-Methode ableiten können, und sind in der Lage, gezielt Substituenten an vorgege-benen Heterocyclen einführen.

Inhalt

Heterocyclen in der Natur, Life Science und Materialwissenschaften

Nomenklatur (Substitutionsnomenklatur, Trivialnamen, Hantzsch-Widmann-Patterson)

Heteroaromatizität : HMO-Theorie, Frost-Musulim-Diagramm, Heteroaromaten, Heteroantiaromaten, Bindungslängen von Heterocyclen, Resonanzenergie, REPE-Werte, PMO-Theorie, Lös-lichkeit, Basizität, Tautomerie und Dipolmomente heterocyclischer Systeme

Reaktivitätsvergleich von 5- und 6-Ringheterocyclen

Synthesestrategien für Heterocyclen : Bis-Elektrophil + Bis-Nucleophil, Cyclisierungen (Baldwin-Regeln), Cycloadditionen (Hetero-Diels-Alder-Reaktionen, [2+2]-Cycloadditionen, Chelotrope Reaktionen, 1,3-dipolare Cycloadditionen, Übergangsmetall-katalysierte Cyclisierungen

Heterocyclische Fünfringe mit einem Heteroatom (Furan, Pyrrol und Thiophen): Basizität, Reaktivität, Vorkommen in der Natur, Pyrrol-Synthesen (Paal-Knorr, Knorr, Hantzsch, Kenner, van Leu-sen, Barton-Zard, etc.), Thiophen-Synthesen (Paal-Knorr u. a.), Furan-Synthesen (Feist-Benary u. a.)

Elektrophile Substitution an Pyrrol, Furan und Thiophen, Reaktivitätsunterschiede, Substituenten-einflüsse,

Benzannelierte Fünfring-Heterocyclen mit einem Heteroatom, Vorkommen in der Natur, Indol-Synthesen (Fischer, Reissert, Leimgruber-Batcho, u. a.), Reaktionen am Indol

Heterocyclische Fünfringe mit zwei Heteroatomen (1,2 und 1,3-Azole, Thiazol, Oxazol, etc.) : Syn-thesen, Reaktivität, Vorkommen in der Natur, etc.

Sechsring-Heterocyclen mit 1-3 Stickstoffatomen (e. g. Pyridin, Pyrimidin, Triazin) : Reaktivitäten, Synthesen etc. wie bei Fünfrinf-Heterocyclen

Ausgewählte Synthesebeispiele heterocyclischer Natur- und Wirkstoffe (Pharma und Pflanzenschutz)

Lehrformen: Vorlesungen; (SoSe)


94

Arbeitsaufwand: 2 SWS Präsenzzeiten: 28 Std.; Selbststudium: 32 Std.


Modulverantwortlicher: Hon.-Prof. Ernst R. F. Gesing, FVST

Literaturhinweise:

T. Eicher, S. Hauptmann, The Chemistry of Heterocycles; Wiley-VCH, 2003

J. A. Joule, K. Mills, Heterocyclic Chemistry, Blackwell Science, 2000.

95

6.7 Chemie der f-Elemente: Lanthanoide


Modul: Chemie der f-Elemente: Lanthanoide


Erlernen der Grundbegriffe der f-Element-Chemie

Basisverständnis der Besonderheiten der f-Element-Chemie

Basiskompetenzen im Bereich der praktischen Anwendung von Lanthanoiden und ihrer Verbindungen

Kenntnis der speziellen Arbeitstechniken im Bereich der f-Element-Chemie

Inhalt

Besonderheiten der f-Element-Chemie

Eigenschaften der Lanthanoide, Lanthanoidenkontraktion

Historische Entwicklung (Trennung, Analytik)

Einfache Lanthanoid-Verbindungen (Oxide, Halogenide etc.)

Komplexverbindungen der Lanthanoide

Metallorganische Chemie der Lanthanoide

Anwendungen von Lanthanoidverbindungen (Magnetismus, Laser, Katalyse, Kontrastmittel, NMR-Shift-Reagenzien etc.)

Lanthanoide in der homogenen und heterogenen Katalyse

Lanthanoide in der organischen Synthese

Lehrformen: Vorlesung, Powerpoint-Präsentation; (SS, WS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Teilnahme an der Grundvorlesung Anorganische / Allgemeine Chemie



Modulverantwortlicher: Prof. F. T. Edelmann, FVST

96

6.8 Chemie der Signaltransduktion


Modul: Chemie der Signaltransduktion

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden können auf der Basis der molekularen Mechanismen die zelluläre Signaltransduktion verstehen und Vorgänge interpretieren.

Inhalt: • Zelluläre Signaltransduktion • Hydrophile Signalmoleküle • Hydrophobe Signalmoleküle: Steroide, Vitamine, Tyroxin • Hormone • Wachstumsfaktoren • Kinasen • Mediatoren • Neurotransmitter • Rezeptoren • Störungen der Signaltransduktion • Apoptose • Tumorgenese


Voraussetzung für die Teilnahme: Anorganische Chemie

Arbeitsaufwand: 2 SWS 28 h Präsenzzeit; 62 h Selbststudium

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: mündl. Prüfung / 3 CP

Modulverantwortlicher: Prof. D. Schinzer, FVST

Literaturhinweise:

Signal Transduction, B. D. Comperts, I. M. Kramer, P. E. R. Tatham, Elsvier Academic Press

97

6.9 Computational Fluid Dynamics


Modul: Computational Fluid Dynamics

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Numerical flow simulation (usually called Computational Fluid Dynamics or CFD) is playing an essential role in many modern industrial projects. Knowing the basics of fluid dynamics is very important but insufficient to be able to learn CFD on its own. In fact the best way of learning CFD is by relying to a large extent on “learning by doing” on the PC. This is the purpose of this Module, in which theoretical aspects are combined with many hands-on and exercises on the PC. By doing this, students are able to use autonomously, efficiently and target-oriented CFD-programs in order to solve complex fluid dynamical problems. They also are able to analyse critically CFD-results.

Inhalt

Introduction and organization. Historical development of CFD. Importance of CFD. Main methods (finite-differences, -volumes, -elements) for discretization.

Vector and parallel computing. How to use supercomputers, optimal computing loop, validation procedure, Best Practice Guidelines.

Linear systems of equations. Iterative solution methods. Examples and applications. Tridiagonal systems. Realization of a Matlab-Script for the solution of a simple flow in a cavity (Poisson equation), with Dirichlet-Neumann boundary conditions.

Choice of convergence criteria and tests. Grid independency. Impact on the solution.

Introduction to finite elements on the basis of COMSOL. Introduction to COMSOL and practical use based on a simple example.

Carrying out CFD: CAD, grid generation and solution. Importance of gridding. Best Practice (ERCOFTAC). Introduction to Gambit, production of CAD-data and grids. Grid quality.

Physical models available in Fluent. Importance of these models for obtaining a good solution. Introduction to Fluent. Influence of grid and convergence criteria. First- and second-order discretization. Grid-dependency.

Properties and computation of turbulent flows. Turbulence modeling. Computation of a turbulent flow behind a backward-facing step. Dispatching subjects for the final project.

Lehrformen: Vorlesung mit Übungen und Computerpraktika; (SS/ WS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Strömungsmechanik



Modulverantwortlicher: PD Dr. G. Janiga, FVST

98

Literaturhinweise: Ferziger and Peric, Computational Methods for Fluid Dynamics, Springer

99

6.10 Consequences of accidents in industry

Course: Wahlpflichtmodul Master Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung

Module: Consequences of accidents in industry

Objectives (competences): The students are capable to identify, assess and evaluate the major safety hazards in the process industries, namely hazardous release of substances, fires, explosions and runaway reactions. Course participants are capable to apply mathematical tools to calculate concentration profiles for emission of toxic or otherwise harmful substances, fire effects like flame radius and height, radiative heat and explosion effects like overpressures in process equipment. Students learn about safe operation of chemical reactors and calculation of safety parameters like adiabatic temperature rise and time to maximum rate. The relevant analytical methods for thermal stability of substances (differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis, Dewar test, hot storage test) are also presented. Participants design event trees and fault trees for identification of plant damage states and the probable chain of undesired events. Assessment of individual and group risk from industrial accidents using probit functions and dose calculations is also included.

Content

Introduction to industrial hazards, case studies, basics of risk assessment

Emission and dispersion of neutral and heavy gases

Toxicity of substances, the AEGL concept

Release of liquids and gases from leakages

Room fires, pool fires, heat radiation

Hazardous exothermic reactions, thermal runaway

Explosion hazards, explosion characteristic data

Explosion protection

Hazards from radioactivity

Risk calculation, probit functions, probit distribution

Teaching: Lecture and tutorials

Prerequisites: Mathematics, Chemistry, Thermodynamics, Fluid Dynamics

Workload: 3 hours per week Tutorials: 42 hours, Private Studies: 78 hours

Examination/Credits: K 120 / 4 CP

Responsible Lecture: Prof. U. Krause, FVST

Literature: [1] Mannan: Lee’s Loss Prevention in the Process Industries (2003) [2] Hattwig, M; Steen, H., Handbook of Explosion Protection, Wiley-VCH, Weinheim 2004 [3] Bussenius, S: Wissenschaftliche Grundlagen des Brand- und Explosionsschutzes, Kohlhammer, 1995 [4] Schultz, Heinrich: Grundzüge der Schadstoffausbreitung in der Atmosphäre, Köln: Verlag TÜV Rheinland GmbH (1986)

100

[5] Zenger, A.: Atmosphärische Ausbreitungsmodellierung - Grundlagen und Praxis, Berlin, Heidelberg: Springer Verlag (1988) [6] Stoessel, F; Thermal Safety of Chemical Processes, Wiley-VCH-Verlag, Weinheim, 2008

101

6.11 Downstream Processing of Biologicals


Modul: Downstream Processing of Biologicals

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Kenntnisse in ausgewählten Bereichen der Aufarbeitung von biotechnologisch hergestellten Produkten wurden vermittelt. Ihre erworbenen Kenntnisse dieses Themenbereiches werden durch konkrete Aufgabenstellungen aus der Praxis in Einzel- oder Gruppenarbeit vertieft.

Inhalt

Overview of Bioseparations Engineering

Filtration, Sedimentation, Centrifugation

Liquid Chromatography

Gel filtration

Hydrophobic interaction chromatography

Reversed phase chromatography

Ion exchange chromatography

Affinity chromatography

Membrane based bioseparations

Analytical methods

Aspects of GMP and Validation

In situ bioseparation

Process economy


Voraussetzung für die Teilnahme: Grundlagenfächer des Bachelor VT, BSYT, MSPG und Bioverfahrenstechnik I



Modulverantwortlicher: Prof. U. Reichl, FVST weiterer Lehrender: Dr. M. Wolff

Literaturhinweise:

Bioseparations Science and Engineering Editors: Harrison, Todd, Rudge, Petrides Oxford University Press 2003 SBN: 978-0-19-512340-1

Protein Purification Protocols In: Methods in Molecular Biology, Vol 59 Editor: Shawn Doonan Humana Press 1996 ISBN: 0-89603-336-8

Bioseparations: Downstream Processing for Biotechnology Editors: Belter, Cussler, Hu John Wiley & Sons 1988 ISBN: 0-471-84737-2

102

Bioseparations and Bioprecessing Volume 1 Editor: Ganapathy Subramanian Wiley-VCH 2007 ISBN 978-3-527-31585-7

Bioseparations and Bioprecessing Volume 2 Editor: Ganapathy Subramanian Wiley-VCH 2007 ISBN 978-3-527-31585-7

Process Scale Bioseparations for the Biopharmaceutical Industrie Editor: Shukla, Etzel, Gadam CRC Press 2007 ISBN 1-57444-517-6

103

6.12 Dynamik komplexer Strömungen

Studiengang:

Wahlpflichtmodul Master Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung

Modul:

Dynamik komplexer Strömungen


Die Studierenden sind befähigt, die grundlegenden Mechanismen komplexer Strömungen in verfahrenstechnischen Apparaten zu verstehen, zu beurteilen und zu berechnen. Sie verfügen über vertiefte Kenntnisse im Bereich der Strömungsmechanik und der Strömungsdynamik und kennen spezifische Themen, die für die Verfahrenstechnik besonders wichtig sind. Das betrifft insbesondere solche Komplexitätsmerkmale (mehrere Phasen mit Wechselwirkung, komplexes Stoffverhalten, reaktive Prozesse, Dichteänderungen...), die für Verständnis, Auslegung und Optimierung praktischer verfahrenstechnischer Prozesse erforderlich sind. Da sie während der Lehrveranstaltung entsprechende Aufgaben gelöst haben, können die Studenten, in den entsprechenden Themenbereichen eigenständig Strömungen analysieren.

Inhalt Einführung, Wiederholung notwendiger Grundkenntnisse

Kompressible Strömungen mit Reibungsverlusten und Wärmeaustausch

Verdichtungsstöße und Verdünnungswellen

Laminare und turbulente Grenzschichten

Strömungen mit freier oder erzwungener Konvektion, reaktive Strömungen

Strömungen komplexer Fluide, nicht-newtonsches Verhalten

Turbulente Strömungen und deren Modellierung

Mehrphasenströmungen o Grundeigenschaften

o Analyse disperser Systeme

o Analyse dicht beladener Systeme

Lehrformen:

Vorlesung mit Übungen


Strömungsmechanik

Arbeitsaufwand:

3 SWS

Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium:78 Stunden


- / M / 4 CP


Prof. D. Thévenin, FVST

Literaturhinweise: siehe www.uni-magdeburg.de/isut/LSS/Lehre/Vorlesungen/buecher.pdf

http://www.uni-magdeburg.de/isut/LSS/Lehre/Vorlesungen/buecher.pdf

104

6.13 Electrochemical Process Engineering


Module: Electrochemical Process Engineering

Objectives: In this course the students acquire physicochemical and engineering basics of electrochemical process engineering (EPE). In the first part the students learn fundamentals of EPE. They learn to determine the most important figures of merit in EPE, like current efficiency, yield and selectivity, specific energy consumption and space time yield. In the second part they acquire knowledge how EPE fundamentals are transferred into praxis to develop some of the most important electrochemical technologies. The lectures are followed by experimental laboratory courses which strengthen the relationship between theory and experimental methods in EPE. The students also learn to critically evaluate and analyse experimental data.

Contents:

Introduction (Fundamental laws, Figures of merit, Cell voltage)

Basics of electrochemistry (Ionic conductivity, Electrochemical thermodynamics, Double layer, Electrochemical kinetics)

Mass transport (Diffusion, Migration, Convection)

Current distribution (Primary, Secondary, Tertiary)

Electrochemical reaction engineering ( Electrolyte, Electrodes, Separators, Reactors, Mode of operation)

Electrolysis (Chlor-alkali electrolysis, Organic electrosynthesis, Electroplating)

Electrochemical energy sources (Batteries, Supercapacitors) and Corrosion and its control

Teaching: Lecture (2 hours per week), exercise (1 hour per week); (summer semester)

Prerequisites:

Basic knowledge in chemistry and physical chemistry

Mass and heat transport

Chemical reaction engineering

Workload: 3 SWS, Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 78 Stunden

Examination/Credits: oral exam / 4 CP

Responsible lecture: Dr.-Ing. T. Vidaković-Koch, FVST

105

Literature:

V. M. Schmidt, Elektrochemische Verfahrenstechnik, Grundlagen, Reaktionstechnik, Prozessoptimierung, Wiley-VCH GmbH & Co. KGaA, 2003, ISBN 3-527-29958-0.

K. Scott, Electrochemical Reaction Engineering, Academic Press Limited, 1991, ISBN 0-12-633330-0.

D. Pletcher, F. C. Walsh, Industrial Electrochemistry, 2nd

Edition, Blackie Academic & Professional, Paperback edition, 1993, ISBN 0-7514-0148-X.

106

6.14 Erzeugung von Nanopartikeln


Modul: Erzeugung von Nanopartikeln


• kennen die besonderen Eigenschaften, Anwendungen und physikalischen Charakterisierungsmethoden von Nanopartikeln,

• verstehen und beherrschen die physikalischen und chemischen Grundlagen der Nanopartikelbildung und -stabilisierung,

• kennen die wichtigsten Prozesse zur Herstellung von Nanopartikeln, einschließlich der Herstellungsprozesse technischer Produkte,

• sind in der Lage, ausgewählte Nanopartikelsysteme im Laboratorium selbst herzustellen und deren Eigenschaften mit geeigneten physikalischen Charakterisierungsmethoden zu bestimmen.

Inhalt

• Einführung in die Nanotechnologie, Definitionen Nanotechnologie und Nanopartikel, Nanopartikel als disperses System, Eigenschaften, Anwendungen, Charakterisierungsmethoden

• Thermodynamik disperser Systeme, Theorie der Keimbildung und des Partikelwachstums, homogene und heterogene Keimbildung, Modell von LaMer und Dinegar, Ostwald-Reifung, Agglomeration,

• Elektrochemische Eigenschaften der Nanopartikel, Oberflächenstrukturen, Elektrochemische Doppelschicht, Modelle (Helmholtz, Gouy-Chapman, Stern), elektrochemisches Potential, Zeta-Potential

• Stabilisierung disperser Systeme, Sterische, elektrostatische Stabilisierung, DLVO-Theorie, van-der-Waals-Anziehung, elektrostatische Abstoßung, kritische Koagulationskonzentration, Schulze-Hardy-Regel, pH-Wert, Elektrolytzusatz

• Koagulationsprozesse, Koagulationskinetik, schnelle und langsame Koagulation, Transportmodelle, Theorie von Smoluchowski, Wechselwirkungspotential, Stabilitätsfaktor, Redispergierungsprozesse, Strukturmodelle

• Fällungsprozesse, Grundlagen Fällungsgleichgewichte, Keimbildung, Wachstum, Reaktionsführung, Partikelbildungsmodelle, Apparate (CDJP, T-Mischer), Hydrothermalprozesse

• Fällungsprozesse in kompartimentierten Systemen, Bildung kompartimentierter Systeme, Tensid-Wasser-Systeme, Strukturbildung, Emulsionen (Mikro-, Mini- und Makroemulsionen), Phasenverhalten, Partikelbildung, kinetische Modelle

• Sol-Gel-Prozesse, Stöber-Prozess, Partikel aus Titan(IV)-oxid, chemische Reaktionen, Stabilisierung, Morphologie, pH-Wert, Elektrolytkonzentration, Strukturbildungsmodelle (RLCA, RLMC), Trocknung, Gelbildung und Alterung, Beschichtung, dünne Filme, Keramik

• Aerosol-Prozesse, Partikelbildung, Gas-Partikel- und Partikel-Partikel-Umwandlung, Morphologie, Flammenhydrolyse, Degussa-Prozess, Chlorprozess,

• Bildung von Polymerpartikel (Latex-Partikel), Emulsionspolymerisation, Theorie von Fikentscher und Harkins, Suspensionspolymerisation, Latexpartikel

• Nanopartikel und ihre Anwendung, Technische Produkte, Silica, Titan(IV)-oxid, Ruß, Nanopartikel in Medizin und Pharmazie, funktionalisierte Nanopartikel, Diagnostik, Trägersysteme, magnetische Nanopartikel und Flüssigkeiten,

• Charakterisierung der Nanopartikel - Partikelgrößenbestimmung, Elektromikroskopische Methoden, TEM, REM, Lichtstreuung, Laserbeugung, Theorien (Rayleigh, Fraunhofer, Mie), Ultraschall- und ESA-Technik, Instrumente,

• Charakterisierung der Nanopartikel - Zeta-Potentialbestimmung, elektrokinetische Phänomene, Elektrophorese, Elektroosmose, Strömungs- und Sedimentationspotential,

107

elektrophoretische Mobilität, Zeta-Potential, Theorien von Smoluchowski, Hückel, Henry, Instrumente, PALS-Technik

Lehrformen: Vorlesung, Übung, praktische Übung (Nanopartikelsynthese); (WS)


Arbeitsaufwand: 3 SWS, Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 78 Stunden


Modulverantwortlicher: Dr. W. Hintz, FVST

Literaturhinweise:

Tadao, Sugimoto: Monodispersed Particles, Elsevier, ISBN 978-0-444-546456

Masuo Hosokawa: Nanoparticle Technology Handbook, Elsevier, ISBN 978-0-444-563361

Manuskript mit Text, Bildern und Übungen, siehe www.ovgu.de/ivt/mvt

http://www.ovgu.de/ivt/mvt

108

6.15 Integrierte innovative Reaktorkonzepte


Modul: Integrierte innovative Reaktorkonzepte


haben methodisch grundlagenorientierte Lösungskompetenz für Problemstellungen bei reaktiven Prozessen in der Verfahrenstechnik

sind in der Lage die Wechselwirkungen zwischen Reaktionsführung, Produktselektivität und Auf-arbeitung sowie Probleme der Wärmeab-/zufuhr im Reaktor zu analysieren, zu modellieren und zu bewerten

können moderne integrierte Reaktorkonzepte, deren Apparative Umsetzung und Wirtschaftlichkeit einschätzen und sind in der Lage diese in die Praxis zu überführen

Inhalt: 1. Einleitung & Repetitorium

Typische Reaktortypen & Reaktionsführungen (absatzweise, kontinuierlich, isotherm, adiabat, polytherm)

Unit-Operations der thermischen & mechanischen Verfahrenstechnik (Destillation, Rektifikation, Strippen, Absorption, Adsorption, Chromatographie, Kristallisation, Extraktion, Pervaporation, Membranverfahren, Ultrafiltration, Mahlung, Extrusion)

2. Innovative Reaktorkonzepte (allgemeine Konzepte)

Konzept und Klassifizierung der Multifunktionalität in chemischen Reaktoren

In-Situ-Synergien zwischen Reaktionsführung und Unit-Operation

Diffusiver, konvektiver Stofftransport; rekuperativer, regenerativer, konvektiver Wärmetransport; Wärmeleitung; homogene, heterogene Koppelreaktionen

Darstellung bi- bzw. multifunktionaler Reaktionsführungen (Beschreibung, Voraussetzungen, Bewertung)

Einsatzgebiete multifunktionaler Reaktoren

3. Ausgewählte Beispiele innovativer Reaktorkonzepte aus Forschung & Technik - aktuelle Probleme

Reaktivdestillation

Adsorptiver Reaktor (Anwendung, Potenzial, Modellierung, Grenzen)

Reaktivchromatographie

Membranreaktor

Reverse-Flow-Reaktor

Auslegung und Optimierung multifunktionaler Reaktoren Entwicklungsperspektiven


Voraussetzung für die Teilnahme: Reaktionstechnik I

109



Modulverantwortlicher: Prof. Ch. Hamel, FVST

Literaturhinweise:

U. Onken, A. Behr, Chemische Prozesskunde, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1996


W.R.A. Vauck, H.A. Müller, Grundoperationen chemischer Verfahrenstechnik, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie 1994

Westerterp, van Swaaij, Beenackers, Chemical reactor design and operations, Wiley, 1984

M. Baerns, H. Hofmann, A. Renken, Chemische Reaktionstechnik, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1999

H. Schmidt-Traub, A. Górak, Integrated reaction and separation operations : modelling and experimental validation, Springer Verlag Berlin, 2006

http://vzopc4.gbv.de:8080/DB=4/SET=2/TTL=5/MAT=/NOMAT=T/CLK?IKT=1016&TRM=Integrated

http://vzopc4.gbv.de:8080/DB=4/SET=2/TTL=5/MAT=/NOMAT=T/CLK?IKT=1016&TRM=reaction

http://vzopc4.gbv.de:8080/DB=4/SET=2/TTL=5/MAT=/NOMAT=T/CLK?IKT=1016&TRM=and

http://vzopc4.gbv.de:8080/DB=4/SET=2/TTL=5/MAT=/NOMAT=T/CLK?IKT=1016&TRM=separation

http://vzopc4.gbv.de:8080/DB=4/SET=2/TTL=5/MAT=/NOMAT=T/CLK?IKT=1016&TRM=operations

http://vzopc4.gbv.de:8080/DB=4/SET=2/TTL=5/MAT=/NOMAT=T/CLK?IKT=1016&TRM=modelling

http://vzopc4.gbv.de:8080/DB=4/SET=2/TTL=5/MAT=/NOMAT=T/CLK?IKT=1016&TRM=experimental

http://vzopc4.gbv.de:8080/DB=4/SET=2/TTL=5/MAT=/NOMAT=T/CLK?IKT=1016&TRM=validation

110

6.16 Machine Learning for Computational Biology


Module: Machine Learning for Computational Biology

Objectives (competences): Modern machine learning approaches are proving to be extremely valuable for the analysis of data in computational biology problems. This course provides an introduction to many concepts, techniques, and algorithms in machine learning such as classification and linear regression and ending up with more recent topics such as support vector machines. The students will learn fundamental concepts and modern machine learning methods as well as a more formal understanding of regularization techniques. The underlying theme in the course is statistical inference as it provides the foundation for most of the methods covered. The students apply the knowledge and methods on real biological examples.)

Content: Introduction • The concept of machine learning (ML) is presented and the need of ML in systems biology and

biological systems is briefly discussed. • Review of probability theory • Basic concepts in machine learning

Unsupervised and Reinforced Learning • K-means and Gaussian Mixture Models • K-Nearest Neighbors and Bayesian Classifiers • Classification and Regression Trees (CART) & Random Forest

Supervised and Reinforced Learning • Regression • Logistic Regression • Support Vector Machines • The kernel trick • Monte Carlo inference • Bayesian Inference

Kernel methods in system identification • Reproducing Kernel Hilbert Spaces • Parametric model structures • Regularized least squares method • Selection of model flexibility: AIC, BIC, CV • Marginal likelihood maximization • Parameter estimation of biological models

Application exercises in biological problems,

Teaching: Lectures and seminars (exercise sessions); (Winter semester)

Prerequisites: Basic subjects from Bachelor (i.e. Probability, Linear Algebra and Statistics) Basic computational knowledge (i.e. Matlab) Language: English

111

Workload: 2 hours per week (28 h lectures/exercises + 62 h self-dependent studies)

Examination/Credits: Project work (50%), oral test (50%) / 3 CP

Responsible lecturer: Dr. E. Hernandez Vargas, FVST

Literature:

C. Bishop, Pattern Recognition and Machine Learning (Information Science and Statistics, Springer, 2006)

S. Shalev-Shwartz, Understanding Machine Learning: From Theory to Algorithms (1st Edition, Cambridge University Press, 2014)

B. Schölkopf, K. Tsuda, and J. Vert, Kernel Methods in Computational Biology (MIT Press, 2004)

112

6.17 Measurement of physical particle properties


Module: Measurement of physical particle properties

Objectives (competences): Students • understand the physical fundamentals of the experimental characterisation techniques for particle

characterisation, • know the basics of the technical realisation of the measuring principles in commercial instruments,

they are able to prepare samples for measuring, and are capable of doing experimental measurements in the lab,

• apply physical and mathematical approaches to analyse and evaluate obtained experimental data, • understand the advantages and disadvantages of the experimental characterisation techniques,

their interaction with engineering processes (unity of engineering processes and measuring techniques),

• develop problem solutions by intelligent combination of energetically efficient, mechanical processes with off-line, on-line, and in-line measuring techniques including process measuring and control technology to manufacture high quality products (product design)

Content: • Introduction, properties of particulate materials, particle size and particle size distribution,

characteristic parameters, particle shape, particle surface and packing, • Particle size and shape, image analysis, optical microscopy, TEM, SEM, light scattering, laser

diffraction, ultra sonic damping and ESA techniques, instruments, • Particle density, solid particle density, apparent density, bulk density, gas and powder

pycnometry, instruments, term porosity, • Specific surface area and porosimetry, surface structures of solid materials, pore and pore size

distribution, adsorption measurements, data evaluation, BET, BJH, Hg porosimetry, instruments, • Electro-kinetic phenomena, fundamentals, electrochemical double layer, surface potential, Zeta

potential, electrophoresis, instruments, • Particle adhesion, adhesion force measurements, atomic force measurements AFM, centrifugal

techniques, instruments, • Particle and agglomerate strength, quasistatic and dynamic methods, coefficient of restitution,

particle breakage, breakage probability distribution, energy absorption, mechanoluminescence, • Characterisation of particle packings, packing states, packing density, fundamentals of flow

behaviour of particulate solids, flow characteristics and parameters, measurement of flow properties, industrial rapid-tests, translation and rotational shear cells, press shear cell,

• Characterisation techniques for moving packings and beds, fundamentals, particle movement in rotating apparatus, characterisation techniques,

Teaching: lecture, laboratory work (granulometry II, porosimetry, nanoparticle synthesis); (winter semester)

Prerequisites: Mechanical process engineering

Workload: 2 SWS, Lectures and laboratory work: 28 h, private studies: 62 h

113

Examination/Credits: oral examination / 3 CP

Responsible lecturer: Dr. P. Müller, FVST additional lecturers: Dr. W. Hintz / Dr. A. Schlinkert

Literature: [1] Manuscript with text, figures, tutorials and laboratory work, see www.ovgu.de/ivt/mvt [2] Rumpf, H., Particle Technology, Chapman and Hall, London, 1990

114

6.18 Mechanische Trennprozesse


Modul: Mechanische Trennprozesse

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten • kennen Quellen und Aufkommen von Wasser und Abwasser und deren Inhaltsstoffe (Stoffanalyse), • analysieren die resultierenden verfahrenstechnischen, energetischen, wirtschaftlichen und

ökologischen Probleme und Ziele der Trinkwasser-, Brauchwasser- und Abwasseraufbereitung unter Einhaltung der gesetzlichen Rahmenbedingungen,

• verstehen und beherrschen die Grundlagen und die Problemanalyse der Fest-Flüssig-Trennung (Prozess-Diagnose),

• können in Grundzügen die Aufbereitungsprozesse, Maschinen und Apparate funktionell auslegen (Prozessgestaltung),

• entwickeln Problemlösungen durch kluge Kombination energetisch effizienter, mechanischer Prozesse der Fest-Flüssig-Trennung (Einheit von Verfahrens- und Anlagengestaltung) zwecks Erzeugung hochwertiger Produkte (Produktgestaltung).

Inhalt • Einführung in die mechanische Flüssigkeitsabtrennung, Prinzipien der Trink-

wasserversorgung, Aufkommen und Inhaltsstoffe, gesetzliche Rahmenbedingungen • Grundlagen und Mikroprozesse, Partikelbewegung im Fluid, Durchströmung von

Partikelschichten, turbulente Transportvorgänge, Trennmodelle • Sedimentation, Auslegung des Sedimentationsprozesses, Flockung und Dispergieren,

Sedimentationsapparate (Rundeindicker, Rechteckbecken), Zentrifugalkrafteindicker und. -klärer (Zyklone, Zentrifugen),

• Schwimm-Sink-Trennung, Grundlagen und Auslegung der Leichtstofftrennung, Leichtstoffabscheider, Flotation,

• Filtration, Kuchenfiltration, Grundlagen, Apparate (Schwerkraftfilter, Saug- und Druckfilter, Filterzentrifuge), Pressfiltration, Tiefenfiltration, Grundlagen, Apparate,

• Querstrom- und Membranfiltration, Grundlagen, Apparate, Mikro- u. Ultrafiltration, Umkehrosmose,

• Elektrophorese und Elektroosmose

Lehrformen: Vorlesung, Übungen mit studentischen Vorträgen, praktische Übungen (Sedimentation, Zentrifugation, Kuchenfiltration, Pressfiltration, Querstromfiltration); (SS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Mechanische Verfahrenstechnik, Strömungsmechanik



115


Literaturhinweise: [1] Manuskript mit Text, Bildern und Übungen siehe www.ovgu.de/ivt/mvt/ [2] Brauer, H., Handbuch des Umweltschutzes und der Umwelttechnik, Bd. 4 Behandlung von

Abwässern, Springer Berlin 1996


116

6.19 Methoden der Proteinanalytik


Modul: Methoden der Proteinanalytik

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten haben Kenntnisse und praktische Fähigkeiten in der Analytik komplexer Proteingemische sowie Grundkenntnisse in der Strukturaufklärung von Proteinen erworben. Sie werden in einem Praktikum befähigt, Proteingemische zu trennen und qualitative und quantitative Änderungen zu detektieren. In diesem Zusammenhang erhalten sie Grundkenntnisse in der bioinformatischen Auswertung der erzeugten Datensätze.

Inhalt Vorlesung

Proteomik als analytische Methode der Systembiologie

Klassischer Workflow und Methoden der Proteomik (Probenvorbereitung, Elektrophorese, Massenspektrometrie)

Massenspektrometrie (Gerätetechnik, Anwendung in Proteomik)

Labelling von Proteinen und gelunabhängige Methoden der Proteomik

Analyse von Proteinkomplexen

Strukturaufklärung von Proteinen (Röntgenkristallstrukturanalyse, NMR)

Bioinformatik (Datenbanken, Strukturvorhersage, Modellierung von Proteinstrukturen) Praktikum

Probenvorbereitung (Zellaufschluss)

Elektrophorese (Zymogramm, SDS-PAGE und 2D-PAGE)

Identifizierung und Strukturaufklärung mittels Massenspektrometrie

Lehrformen: Vorlesung, Praktikum; (WS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Alle Module des Bachelorstudienganges. Der Besuch des Moduls Moderne Analysenmethoden / Instrumentelle Analytik wird empfohlen.

Arbeitsaufwand: Vorlesung: 2 SWS (28 h) Praktikum:1 SWS (14 h), Selbstständiges Arbeiten: 78 h


Modulverantwortlicher: Dr. D. Benndorf, FVST Lehrende: Dr. D. Benndorf, Dr. E. Rapp, Prof. U. Reichl, FVST

117

Literaturhinweise:

F. Lottspeich, J. W. Engels, A. Simeon (Hrsg.): Bioanalytik. Spektrum Akademischer Verlag 2008. ISBN: 978-3827415202

H. Rehm, T. Letzel: Der Experimentator: Proteinbiochemie / Proteomics. Spektrum Akademischer Verlag 2009. ISBN: 978-3827423122

118

6.20 Mikrobielle Biochemie


Modul: Mikrobielle Biochemie

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten vertiefen ihre Kenntnisse in den Bereichen Biochemie und Mikrobiologie. Das Modul vermittelt neben detaillierten Kenntnissen zum Metabolismus biogener und anthropogener Verbindungen auch Grundkenntnisse zu Mechanismen der Adaptation von Mikroorganismen an veränderte Umweltbedingungen. Die Studenten begreifen die metabolische Vielfalt und die hohe Adaptationsfähigkeit von Mikroorganismen als Chance für die Anwendung in biotechnologischen Prozessen. Gleichzeitig vertiefen Sie Ihre praktischen Fähigkeiten in einem Praktikum in der Kultivierung und biochemischen Charakterisierung von Mikroorganismen.

Inhalt Vorlesung

Stoffwechselvielfalt (Photosynthese, Chemolithotrophie, Nutzung alternativer Elektronenakzeptoren)

Adaptation von Mikroorganismen an ihre Umwelt (Hitzeschock, oxidativer Stress, Säureschock, Stationäre Phase)

Mikroorganismen in biogeochemischen Prozessen (Erzlaugung,

Abbau von anthropogener Verbindungen (chlorierte und nicht chlorierte Aliphaten und Aromaten, aerober und anaerober Abbau)

Produktsynthese Praktikum

Kultivierung von Mikroorganismen (Adaptation, Schadstoffabbau, Produktsynthese)

Kontinuierliche Kultivierung von Mikroorganismen im Bioreaktor

Messung von Substrat- und Produktkonzentration

Enzymmessungen

Lehrformen: Vorlesung; Praktikum; (SS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Alle Module des Bachelorstudienganges.

Arbeitsaufwand: Vorlesung: 2 SWS (28 h), Praktikum:1 SWS (14 h), Selbstständiges Arbeiten: 78 h

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Klausur (90 min) / 4 CP

Modulverantwortlicher: Dr. D. Benndorf Lehrende: Dr. D. Benndorf, Prof. U. Reichl, FVST

119

Literaturhinweise:

M. T. Madigan, J. M. Martinko: Brock Mikrobiologie. Pearson Studium (2008). ISBN: 978-3827373588

M. Schlömann., W. Reineke: Umweltmikrobiologie. Spektrum Akademischer Verlag (2006). ISBN: 978-3827413468

120

6.21 Modern organic synthesis


Module: Modern organic synthesis

Objective: Constitutive to the basic knowledge of the „Chemistry“ module in this module the expertise for development of strategy for complex synthesis will be procured. On example of chosen synthesis the principles of total synthesis will be trained.

Contents:

Short overview reactivity, carbon hybrids, organic chemical basic reactions

Concept of the acyclic stereoselection on the example of Aldol reactions

Demonstration of the concept on the example of miscellaneous total synthesis of natural products

Basics of metal organic chemistry

Vinyl silanes

Allyl silanes

Teaching: Lecture; (summer semester)

Prerequisites: Module Chemistry

Workload: 2 hours per week Lecture: 28 hours, Private study: 62 hours

Examination/Credits: Oral exam / 3 CP

Responsible lecture: Prof. D. Schinzer, FVST

Literature: Handouts will be given in lecture

121

6.22 Molecular Modelling/Computational Biology and Chemistry


Module: Molecular Modelling/Computational Biology and Chemistry

Objectives In this module, students are getting to know different approaches to model questions from chemical and biological fields. The lecture conveys basis principles of modelling chemical and biological intermolecular interactions. Different approaches on different time and spatial scales will be discussed with particular emphasis on providing answers to scientific questions. Theoretical knowledge will be put in practice during exercises in the computer lab. Simple problems will be dealt with independently and typical approaches from a professional perspective from biotechnology and chemical industry will be treated. The students are to acquire competences and practical experience for their professional life. They are getting to know how to apply and evaluate molecular simulations and computational approaches as independent tools to solve problems.

Contents

Introduction, time and size scales of interactions

Intermolecular interactions (hydrogen bonding, electrostatics, van der Waals)

Protein structures, bioinformatics, protein structural modeling

Electrostatic interactions and Brownian dynamics

Molecular dynamics simulations (proteins, conformational changes)

Quantum chemistry (introduction, examples)

Additional methods (ab initio molecular dynamics, calculation of experimental observables)

Teaching Lecture 2SWS, Tutorial 1SWS; (winter semester)

Prerequisites:

Courses in physics, chemistry and biology

Basic computational knowledge (i.e. Linux)

Language: English

Workload: 3 SWS, Lectures and tutorials: 42 hrs (28/14), Private studies: 78 hrs

Examination/Credits: Project work and documentation (50%), oral examination (50%) / 4 CP

Responsible lecturer: Dr. M. Stein, MPI Magdeburg

Literature:

Andrew R. Leach: Molecular Modelling - Principles and Application, Pearson 2001.

H.D. Höltje, W.Sippl, D. Rognan, G. Folkers: Molecular Modeling, Wiley-VCH 1996.

D . Frenkel, B. Smit: Understanding molecular simulation: from algorithms to applications, Acad. Press , 2007.

D. Higgin, W. Taylor: Bioinformatics: sequence, structure, and databanks ; a practical approach, Oxford University Press, 2000.

Wolfram Koch; Max C. Holthausen: A chemist's guide to density functional theory, Wiley-VCH, 2008.

122

6.23 Molekulares Modellieren


Modul: Molekulares Modellieren

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten haben theoretische und praktischen Fähigkeiten zum Einsatz verschiedener Modellierungswerkzeuge für diskrete Systeme von Partikeln, Gruppen von Molekülen, Molekülen und Atomen auf verschiedenen Raum- und Zeitskalen mit besonderem Bezug auf den Einsatz in technisch-ingenieurwissenschaftlichen Gebieten erworben. Die Studenten können die modelltheoretischen Kenntnisse mit verschiedenen numerischen Verfahren verknüpfen, und damit die molekulare Simulation am Computer als eigenständiges Ingenieurswerkzeug erlernen und nutzen. An einfachen Problemstellungen ausgewählter verfahrenstechnischer Prozesse erwerben die Studenten Kompetenzen, die jeweils adäquate Modellierung mit dem geeigneten Verfahren zu verknüpfen und somit übertragbares Wissen für einen späteren industriellen Arbeitsalltag zu erlangen.

Inhalt:

Einführung, Konzepte und Grundlagen des molekularen Modellierens

Simulationswerkzeuge für verschiedene Raum- und Zeitskalen

Monte-Carlo-Methoden: Einführung, Gleichgewichtsmethoden, Dynamische Methoden, Anwendung für Emulsionstropfen, Partikel und Diffusion

Molekulardynamik: Grundlagen, Potentiale, Anwendung für Diffusion und Keimbildung

Quantenmechanik: Einführung, Kraftfelder, Dichtefunktionale

Aktuelle Entwicklungen: Methoden, Algorithmen, Software

Lehrformen: 2 SWS Vorlesung, 1 Computerlabor-Übung; (SS)



Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Projektarbeit / Mündliche Prüfung (M45) / 4 CP


Literaturhinweise: Andrew Leach, Molecular Modelling - Principles and Application, Pearson 2001, M. Griebel, Numerische Simulation in der Moleküldynamik, Springer 2004.

123

6.24 Numerische Methoden an Beispielen aus der chemischen Verfahrenstechnik

Studiengang: Wahlpflichtmodul Master Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung (wird 2016 nicht angeboten)

Modul: Numerische Methoden an Beispielen aus der chemischen Verfahrenstechnik


Die Studierenden

können verschiedene in der Verfahrenstechnik (Schwerpunkt chemische Verfahrenstechnik, Trenntechnik) auftretende mathematische Problemstellungen selbständig numerisch lösen

sind in der Lage die Vielzahl der zugänglichen Werkzeuge einzuordnen und die für eine zu lösende Aufgabe geeignetsten auszuwählen

haben die Fähigkeit, die vorgestellten numerischen Werkzeuge sicher und effizient bei der Simulation von Prozessen der Verfahrenstechnik einzusetzen

Inhalt:

Modellierung in der Verfahrenstechnik

Entwicklung von Modellen zur Beschreibung von Reaktions- und Trennprozessen

Numerische Lösungsverfahren für algebraische Gleichungssysteme

Numerische Lösungsverfahren für Systeme gewöhnlicher und partieller Differentialgleichungen

Bestimmung von Modellparametern, numerische Optimierungsverfahren

Simulation verschiedener Reaktorkonfigurationen (Rechnerübungen)

Simulationsprogramme in der Verfahrenstechnik

Lehrformen: Vorlesung / Seminare; (SS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Reaktionstechnik I, mathematische Kenntnisse


Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Beleg / M / 4 CP

Modulverantwortlicher: Prof. A. Seidel-Morgenstern, FVST

Literaturhinweise:

Löwe, Chemische Reaktionstechnik mit MATLAB und SIMULINK, Wiley-VCH, 2001

Müller-Erlwein, Computeranwendungen in der chem. Reaktionstechnik, VCH, 1991

Press, Flannery, Numerical Recipes, Cambrigde University Press, 1992

124

6.25 Numerische Strömungsmechanik


Modul: Numerische Strömungsmechanik

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Numerische Strömungssimulationen (im Allgemeinen als Computational Fluid Dynamics oder kurz CFD genannt) spielen in vielen modernen industriellen Projekten eine sehr wichtige Rolle. Gute Kenntnisse in den Grundlagen der Strömungsmechanik sind sehr wichtig, aber nicht ausreichend, um CFD selbstständig zu erlernen. Der beste Weg zum Erlernen von CFD ist die so genannte “Learning by Doing”-Methode am Computer. Das ist das Ziel dieses Moduls, in dem die theoretischen Aspekte mit vielen Übungen und mit vielen Beispielen am Computer kombiniert sind. Die Studenten sind dadurch zu einer selbständigen, effizienten und zielgerichteten Nutzung der numerischen Strömungssimulation für komplexe Strömungsprobleme befähigt. Sie besitzen ebenfalls das Verständnis zur kritischen Überprüfung von CFD-Ergebnissen.

Inhalt

Einleitung, Organisation der Vorlesung. Geschichte und Bedeutung der CFD. Wichtigste Methoden für die Diskretisierung (Finite-Differenzen, Finite-Volumen, Finite-Elemente)

Vektor- und Parallelcomputer, Superrechner. Optimale Berechnungsprozedur, Validierung, "best practice"-Richtlinien.

Lineare Gleichungssysteme. Direkte Lösung und ihre Grenzen. Iterative Lösungsmethoden, Beispiele und Anwendung. Tridiagonale Systeme. Selbstständige Realisierung unter Aufsicht eines Matlab-Scripts für die Lösung einer einfachen Strömung in einer 2D-Kavität (Poisson-Gleichung).

Auswahl/Einsatz guter Konvergenzkriterien und praktische Realisierung. Einfluss des Gitters und der Konvergenzkriterien auf die Lösung. Gitterunabhängige Lösung.

Finite-Elementen: Einführung am Beispiel von COMSOL. Einführung in COMSOL und praktische Übung.

Reihenfolge der praktischen CFD: CAD, Gittererzeugung und Lösung. Best Practice (ERCOFTAC) Anweisungen für die CFD. Praktische Verwendung des kommerziellen Programms Gambit, um CAD und Gittererzeugung durchzuführen.

Physikalische Modelle für die Simulation komplexer Strömungen. Bedeutung der zweckmäßigen Auswahl dieser Modelle. Einfluss der Konvergenzkriterien. Möglichkeit der Gitteranpassung und Erreichen einer gitterunabhängigen Lösung. Erste und zweite Ordnung in der Diskretisierung.

Eigenschaften turbulenter Strömungen und Bedeutung dieser Strömungen. Turbulenzmodellierung. Berechnung der turbulenten Strömung an einer plötzlichen Querschnittserweiterung. Verteilung der Projekte.

Lehrformen: Vorlesung mit Übungen und Computerpraktika; (WS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Strömungsmechanik



125

Modulverantwortlicher: PD Dr. G. Janiga, FVST

Literaturhinweise: Ferziger and Peric, Computational Methods for Fluid Dynamics, Springer

126

6.26 Numerische Werkzeuge für technisch-chemische Problemstellungen


Modul: Numerische Werkzeuge für technisch-chemische Problemstellungen


sind in der Lage methodisch grundlagenorientierte Lösungskompetenzen für Problemstellungen in der Chemie/chemischen Verfahrenstechnik einzusetzen

haben ein Verständnis bezüglich der Anwendungsmöglichkeiten und -grenzen von Modellierungswerkzeugen im Bereich der molekularen und strukturellen Produktgestaltung

können das kommerzielle Modellierungswerkzeug MATLAB sicher bei der Planung und Auslegung verfahrenstechnischer Apparate eingesetzt

sind befähigt die an Fallbeispielen erworbenen Fähigkeiten auf eine Vielzahl ähnlicher technisch-chemischer Problemstellungen anzuwenden und Lösungen zu erarbeiten

Inhalt: 1.Mathematische Grundlagen

Modellbildung und resultierende Gleichungsstruktur

Numerische Werkzeuge für algebraische Gleichungssysteme bzw. Differentialgleichungssysteme

Einführung in die statistische Analyse von Messdaten 2. Einführung in MATLAB

Grundoperationen & Programmierung in MATLAB bzw. gPROMS

Numerische Lösung von algebraischen & Differentialgleichungssystemen

Numerische Optimierung

Datenvisualisierung, Schnittstellen zu anderen Tools 3. Praktische Anwendung anhand ausgewählter Beispiele

Stöchiometrie

Thermodynamische Gleichgewichte

Reaktionskinetik

Rührkesselreaktoren: Batch-Reaktor, Semibatch-Reaktor, CSTR

Festbettreaktoren mit axialer Dispersion, instationär mit axialer Dispersion, mit axialer und radialer Dispersion, Probleme und Lösungen

Membranreaktoren und adsorptive Reaktoren

Parameterschätzung, Versuchsplanung



Chemie, Reaktionstechnik I, mathematische Kenntnisse

127


Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: mündlich / 4 CP

Modulverantwortlicher: Prof. Ch. Hamel, FVST

Literaturhinweise: Löwe, Chemische Reaktionstechnik mit MATLAB und SIMULINK, Wiley-VCH, 2001

128

6.27 Partikelmechanik und Schüttguttechnik


Modul: Partikelmechanik und Schüttguttechnik

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten • erkennen, analysieren und bewerten die verfahrenstechnischen Probleme und Ziele der

Schüttguttechnik einschließlich ihrer energetischen, wirtschaftlichen und ökologischen Rahmenbedingungen (Prozess-Diagnose),

• verstehen die physikalisch-chemischen Grundlagen der Mikroprozesse in der Partikelmechanik und die Makroprozesse in der Schüttgutmechanik

• wenden diese Erkenntnisse an, um Transport-, Umschlag-, Lager- und Handhabungsprozesse (TULH) einschließlich deren Maschinen, Apparate, Geräte und Einrichtungen verfahrenstechnisch und energetisch effizient auszulegen (Prozessgestaltung),

• entwickeln effiziente Problemlösungen durch kluge Kombination und Verschaltung mechanischer Prozesse und Handhabungseinrichtungen (Verfahrensgestaltung)

• erkennen und nutzen die Einheit von Stoffeigenschaften, Prozess-, Verfahrens-, Anlagen- und Produktgestaltung

Inhalt • Aufgaben und Probleme (Fehlerdiagnose) einer Siloanlage • Auslegungsschritte (Therapie) einer Siloanlage • Einführung in die Partikelmechanik, Kontaktmechanik haftender feiner, ultrafeiner und

nanoskaliger Partikel, Partikelhaftkräfte und Mikroprozesse ihrer Bindungen, Messung der Partikelhaftkräfte

• Einführung in die Mechanik kohäsiver Schüttgüter, Grundlagen des Fließ-, Kompressions- und Verfestigungsverhaltens kohäsiver und kompressibler Pulver, Zweiachsiger Spannungszustand, Fließkriterien und Fließorte, Messung der Fließ-, Kompressions- und Verfestigungseigenschaften, Fließkennwerte und Durchströmungsverhalten impermeabler kohäsiver Pulver

• Fließgerechte Auslegung eines Bunkers bzw. Silos, Massen- und Kernflussbunker, minimaler Schaftdurchmesser, Austragsmassenstrom

• Auswahl der Befüll- und Füllstandsmesseinrichtungen sowie Absperrorgane, Normsilo • Silo- und Bunkerdruckberechnungen, Scheibenelementmethode und räumliche

Spannungsverteilungen, kritische mechanische Beanspruchungen der Silowände, Abschätzung der Wandstärken

• Auslegung und Einsatz von Austragshilfen, • Auswahl und funktionelle Auslegung von Austragsgeräten, • Einführung in die Pulverdosierung,

Lehrformen: Vorlesung, Übungen mit studentischen Vorträgen; (SS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Mechanische Verfahrenstechnik, Technische Mechanik, Strömungsmechanik


129



Literaturhinweise: [1] Manuskript mit Text, Bildern und Übungen siehe www.ovgu.de/ivt/mvt/ [2] Schulze, D., Pulver und Schüttgüter – Fließeigenschaften und Handhabung, Springer Berlin 2006 [3] Israelachvili, Intermolecular and surface forces, Academic Press London 1992


130

6.28 Partikelmesstechnik


Modul: Partikelmesstechnik

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten • verstehen in Grundzügen die physikalischen Grundlagen der experimentellen Messmethoden und

wenden sie zur Partikelcharakterisierung an, • kennen die Messgeräte, verstehen die experimentell-praktische Durchführung der

Probenvorbereitung und Messmethoden und wenden die physikalisch-mathematischen Ansätze zur Auswertung der gewonnnen experimentellen Daten an,

• verstehen die Vor- und Nachteile der Messmethoden und ihre Wechselwirkungen mit den verfahrenstechnischen Prozessen (Einheit von Prozess-Wirkprinzip und Messmethode)

• entwickeln Problemlösungen durch kluge Kombination energetisch effizienter, mechanischer Prozesse mit off-line, on-line und in-line Messtechnik einschließlich der Steuerungs- und Regelungstechnik (MSR-Technik) zwecks Erzeugung qualitativ hochwertiger Produkte (Produktgestaltung).

Inhalt

Einführung, Kennzeichnung disperser Stoffsysteme, Partikelgrößenverteilungen, Charakteristische Kennwerte der Produktqualität, Partikelform, Oberfläche, Packungszustand,

Ermittlung der Partikelgröße und der Partikelform, Bildanalyse, optische Mikroskopie, TEM, REM, Lichtstreuung, Laserbeugung, Ultraschall-, ESA-Technik, Instrumente

Ermittlung der Partikeldichten, Feststoffdichte, Scheindichte, Schüttgutdichte, Gas- und Pulver-Pyknometrie, Instrumente, Begriff Porosität,

Ermittlung der spezifischen Oberfläche und Porosimetrie, Oberflächenstruktur, Poren und Porengrößenverteilung, Adsorptionsmessungen, Auswertemethoden, BET, BJH, Hg-Porosimetrie, Instrumente

Elektrokinetische Phänomene, physikalisch-chemische Grundlagen, elektrochemische Doppelschicht, Oberflächenpotential, Zeta-Potential, Elektrophorese, Instrumente

Partikeladhäsion, Haftkraftmessungen, Rasterkraftmikroskopie, Zentrifugalmethoden, Instrumente

Partikel- und Agglomeratfestigkeit, quasistatische und dynamische Partikelbeanspruchungen, Stoßzahlen, Partikelbruch, Bruchwahrscheinlichkeit, Energieabsorption, Mechanolumineszenz, Messtechnik

Charakterisierung von Partikelpackungen, Packungszustände, Packungsdichte, Grundlagen des Fließverhaltens von Partikelpackungen, Fließkennwerte von Schüttgütern, Messung der Fließeigenschaften, industrielle Schnelltests, Translations- und Rotationsschergeräte, Preßschergerät

Messmethoden für dynamische Packungszustände, Partikelbewegung in rotierenden Apparaten, Charakterisierungsmethoden

Lehrformen: Vorlesung, praktische Übungen (Granulometrie II, Porosimetrie, Nanopartikelfällung); (SS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Mechanische Verfahrenstechnik

131



Modulverantwortlicher: Dr. P. Müller, FVST Weitere Lehrende: Dr. W. Hintz / Dr. A. Schlinkert

Literaturhinweise: [1] Manuskript mit Text, Bildern, Übungen und Praktikumsanleitungen, www.ovgu.de/ivt/mvt/ [2] Schubert, H., Handbuch der Mechanischen Verfahrenstechnik, Wiley-VCH, Weinheim 2003


132

6.29 Praktikum Neue Materialien / Metallorganik II


Modul: Praktikum Neue Materialien / Metallorganik II

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Ziel des Moduls ist eine Vertiefung der Fähigkeiten der Studierenden, die im Rahmen des Praktikums Neue Materialien / Metallorganik I erarbeitet wurden. Die Studierenden haben sich mit gängigen Arbeitspraktiken auf Forschungsniveau im Bereich Komplexchemie bzw. Metallorganische Chemie vertraut gemacht. Im Rahmen dessen haben sie den Umgang mit experimentellen Aufbauten bzw. Arbeitstechniken weiter gefestigt und theoretisch erworbenes Wissen in die praktische Anwendung umgesetzt. Am Ende des Praktikums können die Studierenden, weitgehend selbständig auch schwierige wissenschaftliche Forschungsaufgaben im Labor bearbeiten

Inhalt: Im Rahmen des Praktikums werden in Absprache zwischen den Studierenden und dem Praktikumsverantwortlichen kleine Forschungsaufgaben vergeben, die durchgeführt, ausgewertet, und entsprechend protokolliert werden müssen. Die Anfertigung eines Ergebnisprotokolls und die Präsentation der Ergebnisse (Referat, Poster, Kolloquium) nach dem Abschluss der Arbeiten sind integraler Bestandteil des Moduls.

Lehrformen: Praktikum semesterbegleitend oder Blockpraktikum, Präsentation/Kolloquium; (WS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Teilnahme am Praktikum Neue Materialien / Metallorganik I


Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Kolloquium für den benoteten LN / 4 CP

Modulverantwortlicher: Prof. F. T. Edelmann, FVST weiterer Lehrender: Dr. V. Lorenz

Literaturhinweise: - Golloch, Alfred; Kuss, Heinz Martin; Sartori, Peter „Anorganisch-Chemische Präparate: Darstellung

und Charakterisierung ausgewählter Verbindungen“, de Gruyter 1985, ISBN: 3-11-004821-3. - Lehrwerk Chemie / Hrsg.-Koll. Lehrwerk Chemie, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie. [Hrsg.-

Kollektiv: Joachim Finster ...] ; „Arbeitsbuch 7 - Reaktionsverhalten und Syntheseprinzipien“ - Thiele, Karl-Heinz; ISBN: 3-342-00382-0.

- Heyn, Bodo; Hipler, Bernd; Kreisel, Günther; Schreer, Heike; Walther, Dirk „Anorganische Synthesechemie : ein integriertes Praktikum“ Springer Berlin 1990, ISBN: 3-540-52907-1

- Brauer, Georg „Handbuch der präparativen anorganischen Chemie : in drei Bänden“ F. Enke Verlag Stuttgart, ISBN: 3-432-02328-6.

- Heinz G. O. Becker „Organikum : organisch-chemisches Grundpraktikum“ Weinheim Wiley-VCH, 2009, ISBN: 978-3-527-32292-3.

133

- Jander, Gerhart; Blasius, Ewald; Strähle, Joachim ; Schweda, Eberhard ; Rossi, Rolando „Lehrbuch der analytischen und präparativen anorganischen Chemie„ Hirzel Verlag 2006, ISBN: 3-7776-1388-6

- P. H. Plesch, „High vacuum techniques for chemical syntheses and measurements“ , Cambridge Univ. Press 1989, ISBN: 0-521-25756-5

- Herrmann, Wolfgang A.; Brauer, Georg „Synthetic methods of organometallic and inorganic chemistry“ , Thieme Verlag 1996 – 2002, Bände 1 – 10, 3-13-103021-6, 3-13-103031-3, 3-13-103041-0, 3-13-103051-8, 3-13-103061-5, 313-103071-2, 3-13-103081-X, 3-13-103091-7, 3-13-115141-2 und 3-13-115161-7

134

6.30 Praktikum Wirkstoffe


Modul: Praktikum Wirkstoffe

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Fähigkeiten der Studierenden im Rahmen der organisch-chemischen Praktika in dem Bachelorstudiengang wurden vertieft. Nach Abschluss des Praktikums sind die Studierenden mit gängigen Arbeitspraktiken auf Forschungsniveau im Bereich der Wirkstoffsynthese vertraut. In diesem Rahmen beherrschen sie die relevanten Arbeitstechniken, insbesondere im Hinblick auf die speziellen Sicherheitsanforderungen beim Arbeiten mit biologisch aktiven Substanzen, und können theoretisch erworbenes Wissen in die praktische Anwendung umsetzen.

Inhalt: Im Rahmen des Praktikums werden in Absprache mit den Studierenden und dem Praktikumsverantwortlichen kurze mehrstufige Synthesen aus dem Bereich der aktuellen Wirkstoffforschung bearbeitet. Die einzelnen Versuche werden geplant, durchgeführt und ausgewertet. Die Produkte werden gereinigt, charakterisiert und die Ergebnisse der guten wissenschaftlichen Praxis entsprechend protokolliert und diskutiert. Die Anfertigung eines Abschlussprotokolls in Form einer kurzen wissenschaftlichen Arbeit ist integraler Bestandteil des Moduls.

Lehrformen: Blockpraktikum im Arbeitskreis; (SS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Abgeschlossener Bachelorstudiengang MSPG; erfüllte Auflagen bei Absolventen ähnlicher Bachelorstudiengänge

Arbeitsaufwand:

3 SWS,

Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 78 Stunden

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: benoteter LN / 4 CP


Literaturhinweise:

- K. Schwetlick, Organikum, Wiley-VCH, Weinheim

- J. March, Advanced Organic Chemistry, Wiley & Sons, New York

- Projektabhängige Originalliteratur

135

6.31 Präparationsprinzipien poröser Materialien


Modul: Präparationsprinzipien poröser Materialien

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden können poröse Materialien anhand ihrer strukturellen, chemischen und Applikationseigenschaften unterscheiden. Sie kennen verschiedene Herstellungsprinzipien und können diese bezüglich ihrer Vor-und Nachteile bewerten, sowie für bestimmte Zielstrukturen eine adäquate Technik auswählen. Die Studierenden kennen für ausgewählte technische Anwendungen (Katalyse, Stofftrennung, Ionenaustausch etc. die gegenwärtig eingesetzten Materialien und deren prinzipielle Herstellung. Sie können zur Verfügung stehende allgemeine und spezielle Charakterisierungsmethoden (XRD, Porosimetrie, Adsorptionsverfahren, bildgebende Verfahren) hinsichtlich ihrer Aussagekraft einschätzen, auswählen und kombinieren. Besonderes Augenmerk liegt auf aktuellen Entwicklungen in der Forschung.

Inhalt:

Anorganisch-Technische Syntheseprinzipien und Präparationsmethoden poröser Materialien

Synthesestrategien und Verfahrensaspekte bei der Herstellung zeolithischer Materialien

Beschreibung von hydrothermalen Silikatkristallisationsprozessen

Kristallisationstechniken und –verfahren

Charakterisierungsmöglichkeiten poröser Produkte

Herstellungsverfahren amorpher Kieselgele und poröser Gläser

Klassische Al-reiche Zeolithe und hochsilikatische Produkte

Aluminiumphosphate – Neue Materialien mit interessanten Poren- geometrien und Applikationen

Mesoporöse Materialien – Produkte mit Porengrößen in neuen Bereichen

Metall-organische Gerüstverbindungen (MOF)

Spezialitäten – Maßgeschneiderte Eigenschaften durch spezielle Kristallisationsverfahren

Schichtsilikate als Basissystem für 3D-vernetzte Materialien

Trägergestützte Kristallisation

Postsyntheseverfahren zur Eigenschaftseinstellung

Formgebung – Wichtiger Verfahrensschritt vor dem Einsatz

Lehrformen: Vorlesung, Übungen; (WS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Organische und Anorganische Chemie

Arbeitsaufwand: 3 SWS, Präsenzzeit 42 Stunden, Selbststudium 78 Stunden


136

Modulverantwortliche: Prof. F. Scheffler, FVST Lehrender: Dr. M. Schwidder, FVST

Literaturhinweise: Handbook of Porous Solids, Eds. F. Schüth, K. Sing, J. Weitkamp, Wiley-VCH, Foliensatz zum Download

137

6.32 Prinzipien der Wirkstoffforschung


Modul: Prinzipien der Wirkstoffforschung

Ziele und Kompetenzen:

Die Teilnehmer erkennen Target-Wirkstoff-Wechselwirkungen (z. B. Schlüssel-Schloss-Prin-zip) und leiten daraus das weitere Vorgehen für die Wirkstoffsynthese ab.

Die Studierenden können mit Hilfe des Bioisosterie-Konzepts und des Homologie-Prinzips aus-gehend von vorgegebenen Leitstrukturen die Optimierung von Wirkstoffen bzgl. ihrer Wirkstärke durchführen.

Sie sind in der Lage, durch Anwendung z. B. des Topliss-Schemas und dem Grimm’schen Hydrid-Verschiebungs-Satz und unter Berücksichtigung physiko-chemischer Parameter von Substituen-ten unter Zuhilfenahme von Regressionsanalysen die Eigenschaften von Wirkstoffen (z. B. Membranpermeabilität und Systemizität) zu beeinflussen.

Die Studierenden können aufgrund der Kenntnisse metabolischer Abbauprozesse stabilisierende Substituentenmuster (z. B. Einführung von Fluor) in Wirkstoffen gezielt planen.

Die Studierenden wissen, wie neue Wirkstoffe und chemische Verfahrensprozesse patentrechtlich geschützt werden können.

Inhalt

Definition von Wirkstoffen

Wirkstoffe in Arznei- und Pflanzenschutzmitteln

Wirkstoffe im Alltag

Gliederung der Pflanzenschutzwirkstoffe nach Indikationen

Geschichtliche Entwicklung der Pharma- und Pflanzenschutzforschung

Schlüssel-Schloss-Prinzip

Toxizität von Wirkstoffen (Naturstoffe vs. synthetische Produkte)

Patente/Geistiges Eigentum

Resistenz

Pflanzenzüchtung vs. Pflanzenbiotechnologie

Safener Technologie

Systemizität (Xylem- und Phloemmobilität)

Saatgutbehandlung

Pheromon-basierte Pflanzenschutzmittel

Synergismus

Pharmakodynamik vs. Pharmakokinetik

Agrokinetik

ADME

Lipinsky Regel

Briggs Regel

Einfluss physiko-chemischer Parameter (e. g. Log P, ΔLog P, log KOC, log kOW, Hydrolyse, pKa, Wasserlöslichkeit) auf die Aktivität und Verteilung von Wirkstoffen

Pflanzen als komplexe Systeme

Dosis-Wirkungs-Beziehung, Therapeutische Breite

Agonisten und Antagonisten

Intrinsische Aktivität vs. Affinität

Toxikologie

Bienenschutzverordnung

Quellen für Ideen zur Auffindung neuer Wirkstoffe

Neue Wirkstoffe nach dem Zufallsprinzip

138

Patente als Ideenquelle : Me-Too-Forschung

Wirkstoffe nach dem Vorbild der Natur, Traditonelle Chinesische Medizin

Kombinatorische Chemie

Ultra High Throughput Screeneing (UHTVS, UHTBS)

Gene Expression Profiling

Virtuelles Target-basiertes Screening

Rational Design

Wirkstoff-Target-Wechselwirkungen (kovalente und nicht kovalente Wechselwirkungen)

Wirkstoff-Protein-Komplexe

Substituenteneffekte auf die Toxophorbindung

Aminosäuren (Fischer-Projektion, CIP-Regel)

Enzyme vs. Rezeptoren

Strategien für die gezielte Optimierung von Leitstrukturen

Fragment-basierte Optimierung

Aufbau einer Bindestelle

Bioisosteriekonzept

Grimm’scher Hydridverschiebungssatz

Pseudohalogene

Homologie-Prinzip (Variation homologer Reihen, Vinylogie, Benzologie)

Ringtransformationen (konjunktive und dissoziative Ansätze)

Rigidisierung

Optische Isomerie in Arzneimitteln, Chiralität

Pfeiffer’sche Regel

Chirale Pflanzenschutzmittel

Twin Drugs und Dual Acting Drugs

Symmetrie in der Natur

Anwendungsregeln für die Wirkstoffoptimierung

Wahl der richtigen Substituenten

Hammet Konstante

Hansch-Fujita-Konstante

Taft-Faktor

Molare Refraktivität

Hansch Analyse

Regressions-Analyse

Topliss-Variationen

Einflüsse von Alkyl- und ungesättigten Gruppen bzw. sauerstoff- und schwefelhaltigen Substituenten

Einflüsse von sauren und basischen Substituenten

Einflüsse von Halogenen in der Wirkstoffforschung

Fluor : Ein wichtiges Element für das Wirkstoffdesign

Beispiele für die Strategie zur Wirkstoffoptimierung

Der SOSA Approach

Metabolismus : Phase I- und Phase II-Reaktionen

Radioaktiv-markierte Synthesen

Das Prodrug Prinzip

Formulierforschung

Verfahrenswegeforschung und Prozessentwicklung

Lehrformen: Vorlesungen, Exkursion; (WS)


139

Arbeitsaufwand: 2 SWS Präsenzzeiten: 28 Std.; Selbststudium: 62 Std.


Modulverantwortlicher: Hon.-Prof. E. R. F. Gesing, FVST

Literaturhinweise:

G. L. Patrick, An Introduction to Medicinal Chemistry, Oxford University Press (2005); C. G.

Wermuth, The Practice of Medicinal Chemistry, Academic Press (2008); G. Klebe,

Wirkstoffdesign, Spektrum (2009) und Primärliteraturangaben im Skript angegeben.

140

6.33 Prozessdynamik I


Modul: Prozessdynamik I

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden sind befähigt, das dynamische Verhalten von örtlich konzentrierten Prozessen der Verfahrenstechnik, der Energietechnik und der Biosystemtechnik mittels mathematischer Modelle zu beschreiben und zu analysieren. Sie sind in der Lage, diese Modelle für vorgegebene Prozesse konsistent aufzustellen, geeignete numerische Lösungsalgorithmen auszuwählen und darauf aufbauend stationäre und dynamische Simulationen durchzuführen. Sie können qualitative Aussagen über die Stabilität autonomer Systeme treffen und sind befähigt, das dynamische Antwortverhalten technischer Prozesse für bestimmte Eingangssignale quantitativ vorherzusagen. Ausgehend von den erzielten Analysenergebnissen sind die Studierenden in der Lage, die Wirkung von Struktur- und Parametervariationen auf die Dynamik der untersuchten Prozesse korrekt einzuschätzen.

Inhalt:

Motivation und Anwendungsbeispiele

Bilanzgleichungen für Masse und Energie

Thermodynamische und kinetische Gleichungen

Allgemeine Form dynamischer Modelle

Numerische Simulation dynamischer Systeme

Linearisierung nichtlinearer Modelle

Stabilität autonomer Systeme

Laplace-Transformation

Übertragungsverhalten von „Single Input Single Output“ (SISO) Systemen

Übertragungsverhalten von „Multiple Input Multiple Output“ (MIMO) Systemen

Übertragungsverhalten von Totzeitgliedern

Analyse von Blockschaltbildern

Lehrformen: 2 SWS Vorlesung und 1 SWS Übung



Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Schriftliche Prüfung (K120) / 5 CP


Literaturhinweise: [1] B.W. Bequette, Process Dynamics, Prentice Hall, New Jersey, 1998. [2] D.E. Seborg, T.F. Edgar, D.A. Mellichamp, Process Dynamics and Control, John Wiley & Sons,

New York, 1989. [3] B.A. Ogunnaike, W.H. Ray, Process Dynamics, Modeling and Control, Oxford University Press,

New York, 1994.

141

6.34 Prozessoptimierung


Modul: Prozessoptimierung

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden verstehen die Grundzüge der numerischen Optimierung, insbesondere mit Blick auf die Anwendung auf technische Systeme. Sie sind in der Lage, aus technischen oder wirtschaftlichen Fragestellungen adäquate Optimierungsprobleme zu formulieren und zu klassifizieren. Die Studierenden haben einen breiten Überblick über verfügbare computergestützte Lösungsverfahren für stationäre Optimierungsprobleme unterschiedlicher Art. Dadurch sind sie in der Lage, angemessene Algorithmen für vorliegende Optimierungsprobleme auszuwählen. Dabei können Sie aufgrund ihrer detaillierten Kenntnisse die Vor- und Nachteile verfügbarer Verfahren gegen einander abwägen. Die in den praktischen Übungen erworbenen Fertigkeiten befähigen die Studierenden, Optimierungsprobleme in Simulationsumgebungen zu implementieren und zu lösen. Die Kenntnisse der Lösungsverfahren erlauben es den Studierenden, die Ergebnisse des Lösungsverfahrens angemessen zu beurteilen; dies gilt sowohl für den Fall des Scheiterns des Verfahrens als auch für die Beurteilung einer gefunden Näherungslösung.

Inhalt 1. Struktur und Formulierung von Optimierungsproblemen (Zielfunktion, Nebenbedingungen,

Freiheitsgrade) 2. Optimierungsprobleme ohne Nebenbedingungen 2.1 Optimalitätsbedingungen (notwendige und hinreichende Bedingungen) 2.2 Eindimensionale Optimierungsmethoden (äquidistante Suche, Interpolationsverfahren, goldener

Schnitt) 2.3 Mehrdimensionale Optimierungsmethoden; Liniensuchrichtungen (sequentielle Variation der

Variablen, steilster Abstieg, konjugierte Gradienten), Nelder-Mead-Verfahren, Newton-Methoden (Newton-Raphson, Quasi-Newton-methoden, Gauss-Newton für quadratische Probleme)

2.4 Liniensuchmethoden (Wolfe-Bedingungen, „trust region“-Methode, „dogleg“-Methode, Marquardtverfahren)

3 Optimierungsprobleme mit Nebenbedingungen 3.1 Optimalitätsbedingungen (Karush-Kuhn-Tucker-Bedingungen), Eindeutigkeit der Lösung 3.2 Nichtlineare Programmierung (reduzierter Gradient, sequentielle quadratische Programmierung,

„active set“-Strategie) 3.3 Straffunktionen, Barrierefunktionen 3.4 Lineare Programmierung (Simplexmethode nach Dantzig) 4 Globale Optimierung 4.1 Genetische Algorithmen 4.2 Evolutionäre Algorithmen 5 Optimalsteuerung 5.1 Optimalitätsbedingungen (Euler-Lagrange-Gleichungen) für unbeschränkte und beschränkte

Probleme 5.2 Hamiltonfunktion

Lehrformen: Vorlesung, Übung; (SS)

142


Arbeitsaufwand: 3 SWS, Präsenzzeit: 42 h, Selbststudium: 78 h



Literaturhinweise: M. Papageorgiou, Optimierung, Oldenbourg Verlag, München, 1996 J. Nocedal, S. Wright, Numerical Optimization, Springer-Verlag, New York, 2008 T.F. Edgar, D.M. Himmelblau, Optimization of Chemical Processes, McGraw-Hill, 1988

143

6.35 Prozess- und Anlagensicherheit


Modul: Prozess- und Anlagensicherheit

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden kennen die grundlegenden Gefährdungen aus verfahrenstechnischen Prozessen: Stoff-Freisetzung, Brand, Explosion. Sie erlernen die Methoden der sicherheitstechnischen Stoffbewertung und ermitteln die sicherheitstechnischen Kenngrößen von Stoffen und Stoffgemischen. Sie beherrschen mathematische Modelle zur Vorhersage der Wirkungen von Stoff-Freisetzungen, Bränden und Explosionen in der Umgebung verfahrenstechnischer Anlagen. Sie lernen den Risikobegriff kennen und verstehen die Elemente der wissenschaftlichen Risikoanalyse anhand von Ereignis- und Fehlerbäumen. Sie erwerben Grundlagenwissen zu den Methoden der qualitativen und quantitativen Gefährdungsbewertung. Sie kennen die wichtigsten rechtlichen Pflichten zum Betrieb verfahrenstechnischer Anlagen.

Inhalt:

Gefährdungen aus verfahrenstechnischen Prozessen: Stoff-Freisetzung, Brand, Explosion

Fallstudien zu unerwünschten Ereignissen (Seveso, Bhopal, Mexico-City, Flixborough u.a.)

Methoden der sicherheitstechnischen Bewertung von Stoffen, Stoffgemischen und Reaktionen dieser (Dynamische Differenzkalorimetrie, Thermogravimetrische Analyse, Sedex-Verfahren, Dewar-Test)

Sicherheitstechnische Kenngrößen für das Brand- und Explosionsverhalten und deren Bestimmungsverfahren (Mindestzündtemperatur, Mindestzündenergie, Explosionsgrenzen, maximaler Explosionsdruck, maximaler zeitlicher Druckanstieg, Sauerstoffgrenzkonzentration)

Mathematische Modelle für die Berechnung der Stoffausbreitung von Leicht- und Schwergasen

Mathematische Modelle für die Berechnung von Explosionswirkungen (Multi-Energie-Methode)

Qualitative Methoden zur Gefährdungsbewertung (Layer of Protection Analysis, Hazard and Operability Studies)

Einführung in die Quantitative Risikoanalyse, Ereignis- und Fehlerbaummodelle, Erstellung ortsabhängiger Risikographen

Lehrformen: Vorlesung mit Übung und Experimenten

Voraussetzung für die Teilnahme: keine


Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: schriftlich / K 90 / 3 CP

Modulverantwortlicher: Prof. U. Krause, FVST

Literaturhinweise: Skript zum download, Steinbach: Grundlagen der Sicherheitstechnik, Mannam S: Lee’s Loss Prevention in the Process Industries, Hauptmanns: Prozess- und Anlagensicherheit

144

6.36 Reaktionstechnik in mehrphasigen Systemen


Modul: Reaktionstechnik in mehrphasigen Systemen


können verweilzeit- bzw. vermischungsbedingte Effekte in realen technischen Reaktoren analysieren und mathematisch quantifizieren

sind in der Lage auch detaillierte, mehrdimensionale Reaktormodelle sicher einzusetzen und auf diverse chemische bzw. reaktionstechnische Problemstellungen zu übertragen

sind befähigt ein- und mehrphasige Reaktionssysteme zu modellieren und zu bewerten

können moderne integrierte Reaktorkonzepte, deren Apparative Umsetzung und Wirtschaftlichkeit einschätzen und sind in der Lage diese in die Praxis zu überführen

Inhalt:

Verweilzeitmodellierung in technischen Reaktoren

Reaktormodellierung (Schwerpunkt: 2D)

Mehrphasige Reaktionssysteme o heterogen katalysierte Gasphasenreaktionen, z.B. Festbett- und Wirbelschichtreaktoren o Gas-Flüssig-Reaktionen, z.B. Blasensäulen o Dreiphasenreaktoren, z.B. Trickle beds

Polymerisationsreaktionen und -prozesse

Innovative integrierte Reaktorkonzepte

Reverse-Flow-Reaktoren, Reaktivdestillation, Reaktionschromatographie, Membranreaktoren


Voraussetzung für die Teilnahme: Chemie, Stoff- und Wärmeübertragung, Reaktionstechnik

Arbeitsaufwand: 3 SWS Präsenzzeit: 42 Stunden,, Selbststudium: 78 Stunden


Modulverantwortliche: Prof. A. Seidel-Morgenstern / Prof. Ch. Hamel, FVST

145

Literaturhinweise:

O. Levenspiel, Chemical Reaction Engineering, John Wiley & Sons, 1999

Westerterp, van Swaaij, Beenackers, Chemical reactor design and operations, Wiley, 1984

M. Baerns, H. Hofmann, A. Renken, Chemische Reaktionstechnik, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1999


G. Ertl, H. Knözinger, F. Schüth, J. Weitkamp, Handbook of Heterogeneous Catalysis, Wiley VCH, 2008

H. Schmidt-Traub, A. Górak, Integrated reaction and separation operations : modelling and experimental validation, Springer Verlag Berlin, 2006

Sundmacher, Kienle, Seidel-Morgenstern, Integrated Chemical Processes, Wiley, 2005

146

6.37 Statistische Planung und Auswertung von Versuchen


Modul: Statistische Planung und Auswertung von Versuchen

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden verfügen über die Fähigkeit, experimentelle Daten aus Produktionsprozessen mit statistischen Methoden auszuwerten. Sie können Regressionsrechnungen, Regressionsanalysen und Korrelationsanalysen für lineare sowie für nichtlineare Prozessmodelle durchführen. Sie sind in der Lage die Vertrauensbereiche von Modellparametern zu ermitteln. Die Studierenden beherrschen grundlegende Arbeitstechniken der Versuchsplanung für Modelle ersten und zweiten Grades (orthogonale, zentrale und zusammengesetzte Versuchspläne).

Inhalt:

Grundbegriffe und Definitionen der Statistik: Variable, Parameter, Modelle, Regression, Planung

Statistische Grundlagen: Zufall, Wahrscheinlichkeit, Verteilungen, Stichprobe, Varianz, Schätzung, Vertrauensbereiche

Lineare Modelle: Parameter, Einfache Regression, Korrelations- und Regressionsanalyse, Vertrauensintervalle, Varianz und Kovarianz, Multiple Regression

Nichtlineare Modelle: Linearisierung, Iterative Regressionsverfahren

Versuchsplanung: Modelle 1. und 2. Grades, Faktorielle Versuchspläne, Blockfaktorpläne, Orthogonale, zentrale und zusammengesetzte Versuchspläne, Rotierte Versuchspläne, Zuverlässigkeit

Lehrformen: 2 SWS Vorlesung und 1 SWS Übung; (SS)



Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Mündliche Prüfung / 4 CP


Literaturhinweise: [1] E. Kreyszig, Statistische Methoden und ihre Anwendungen, Vandenhoeck & Ruprecht. [2] K.-R. Koch, Parameter Estimation and Hypothesis Testing in Linear Models, Springer. [3] K. Siebertz, D. Van Bebber, T. Hochkirchen, Statistische Versuchsplanung: Design of

Experiments (DoE), Springer. [4] D. C. Montgomery, Design and Analysis of Experiments, John Wiley & Sons.

147

6.38 Strukturaufklärung – Blockseminar


Modul: Strukturaufklärung –Blockseminar

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Das Modul vertieft die grundlegenden theorieorientierten Kenntnisse aus dem Pflichtmodul „Produktcharakterisierung: Struktur-Eigenschafts-Beziehungen“. Die Studierenden erwerben die Fähigkeit, analytische Ergebnisse selbstständig auszuwerten. Im Sinne der Absicherung von Erkenntnissen zu Aufbau und Struktur der Analysensubstanzen werden sie befähigt, sinnvolle Kombinationen von Analysenmethoden auszuwählen und im Zusammenhang zu interpretieren. Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage, durch methodenübergreifende Anwendung ihrer Kenntnisse aus dem komplexen Bereich der Analytik, abgesicherte Stoffdaten für wissenschaftliche Arbeiten erstellen zu können.

Inhalt:

Interpretation ein- und zweidimensionaler NMR-Spektren anhand markanter NMR-spektroskopischer Parameter

Diskussion höherer Spinsysteme

Interpretation von EI - Spektren auf der Basis der wichtigsten Fragmentierungsregeln

Kristallzüchtung, Auswahl der Kristalle, Röntgenbeugung an Atomen und Kristallen, Strukturlösung und –verfeinerung

Röntgenpulverdiffraktometrie: Besonderheiten/Optionen und Fallen bei der Messung von Pulverproben; Präparation und Messung von Pulverproben mit unterschiedlichen Probenträgern in Reflexions- und Transmissionsgeometrie; Thermodiffraktion; Auswertung der Daten: Indizierung, qualitative Phaseanalyse, quantitative Phasenanalyse (mit und ohne Rietveld-Methode), Bestimmung eines thermischen Ausdehnungskoeffizienten, Partikelgrößenbestimmung

Lehrformen: Seminar und praktische Übungen; (WS)

Voraussetzung für die Teilnahme: abgeschlossene Lehrveranstaltungen im Bachelorstudiengang MSPG; erfüllte Auflagen bei Absolventen ähnlicher Bachelorstudiengänge; Das WPF kann parallel zum PF „Produktcharakterisierung: Struktur-Eigenschafts-Beziehungen“ oder im Anschluss an dieses PF gewählt werden.


Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: LN (benotet) / 4 CP Der benotete LN wird auf der Grundlage einer Belegarbeit erteilt. Hierfür bearbeiten die Studierenden eine komplexe analytische Fragestellung unter Nutzung von mindestens zwei analytischen Methoden des Moduls.

Modulverantwortlicher: Dr. S. Busse weitere Lehrende: Dr. L. Hilfert

148

Literaturhinweise: - Spektroskopische Methoden in der organischen Chemie; Hesse, Meier, Zeeh; Thieme - Interpretation von Massenspektren; Mc Lafferty, Turecek; Spektrum - Ein- und Zweidimensionale NMR-Spektroskopie, VCH, H. Fribolin - NMR-Spektren richtig auswerten, Springer, Meusinger

149

6.39 Technische Kristallisation


Modul: Technische Kristallisation

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Kristallisation ist ein Stofftrennverfahren, das den thermischen Prozessen der Verfahrenstechnik zuzuordnen ist. Das Ziel der Kristallisation, nämlich die Gewinnung einer kristallinen Phase, die als End- oder Zwischenprodukt weiter verwendet werden kann, stellt nur einen Teil aller denkbaren Aufgabenstellungen für Kristallisationsverfahren dar (Trennung eines Stoffgemisches, Reinigung der Lösung, Rückgewinnung eines Lösungsmittels etc.). Sowohl Einkristallverfahren als auch die Massenkristallisation sind aus der heutigen Praxis nicht mehr wegzudenken. Um diesen alten, aber teilweise bis heute noch nicht vollständig verstandenen Prozess näher zu beleuchten, sind Kenntnisse aus mehreren Disziplinen (Thermodynamik, Chemie, Physik, Reaktionstechnik, Thermische & Mechanische Verfahrenstechnik, Fluiddynamik, Kristallographie, Mathematik) notwendig. Daher ist die Kristallisation ein Paradebeispiel für ein interdisziplinäres Fachgebiet. Diese Vorlesung ist derart konzipiert, dass aufbauend auf den Grundlagen konkrete Beispiele aus Forschung & Technik behandelt werden.

Inhalt 1. Einleitung

Kurze Einführung und Eingrenzung der in der Vorlesung präsentierten Aspekte

Systemeigenschaften (Löslichkeit, Triebkraft, metastabiler Bereich MZW)

Kristallisationsarten (Lösungs-, Verdampfungs- und Schmelzkristallisation)

Fällung

2. Physikalisch-chemische Grundlagen

Thermodynamische Aspekte (Löslichkeiten, Phasengleichgewichte, Einfluss von Temperatur, pH-Wert, Verunreinigungen etc.)

Kinetische Aspekte (MZW; Kristallwachstum, Kristallauflösung; primäre & sekundäre Keimbildung; Agglomeration; Kristallabrieb; Reifungsprozesse)

Statistische Analyse & Parameterschätzung

3. Ausgewählte analytische Messmethoden

Charakterisierung der flüssigen Phase (Dichtemessung, Viskosimetrie, Refraktometrie, Ultraschall, Polarimetrie etc.)

Charakterisierung der festen Phase (Mikroskopie, faseroptische Sonden, Laserdiffraktometrie, FBRM etc.)

4. Kristallographische Grundlagen

Kristallhabitus, Morphologie (Millersche Indizes, Kristallsysteme), Polymorphie

5. Populationsbilanzen

Kristallgrößenverteilungen (Verteilungsarten, Momente einer Verteilung)

Partikelcharakterisierung

6. Mathematische Beschreibung von Kristallisationsprozessen

Modellierung & Simulation von Kristallisationsprozessen (Batch- & Konti-Kristallisation)

Optimierung eines Kristallisationsprozesses

7. Anwendungsbeispiele aus Industrie & Forschung

Industrielle Kristallisation (Einsatzgebiete, Bauarten von Kristallisatoren etc.)

Kristallisation als Trennmethode zur Gewinnung reiner Enantiomere

Lehrformen:

Vorlesung / Seminare

150


Thermodynamik, Reaktionstechnik, Chemie, Mathematische Grundlagen

Arbeitsaufwand:

3 SWS

Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 78 Stunden


- / M / 4 CP


apl. Prof. H. Lorenz, MPI Magdeburg

Literaturhinweise:

- Atkins, P.W. (2004): Physikalische Chemie, 3. Auflage, Wiley-VCH Weinheim

- Gmehling, J.; Brehm, A. (1996): Grundoperationen. Lehrbuch der Technischen Chemie, Band 2,

Georg Thieme Verlag Stuttgart, New York

- Mullin, J.W. (1997): Crystallization, 3rd edition, Butterworth-Heinemann Oxford

- Mersmann, A. (2001): Crystallization technology handbook, 2nd edition, Marcel Dekker Inc. New

York

- Vauck, W.R.A., Müller, H.A. (1994): Grundoperationen chemischer Verfahrenstechnik, 10. Aufl., Dt.

Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig

- Hofmann, G. (2004): Kristallisation in der industriellen Praxis, Wiley-VCH Weinheim

151

6.40 Technology and Innovation Management in the Biotech Industry

Course: Selective Module Master of Science in Chemieingenieurwesen: Molekulare und strukturelle Produktgestaltung

Module: Technology and Innovation Management in the Biotech Industry

Objectives: Participants receive insight into Technology and Biotech Manufacturing Process Lifecycle Management in the Pharmaceutical Industry. Based on lectures they will understand specific topics of biotech industry including tech transfers, general principles, characterization methods including regulatory, technical, quality and business perspectives. Case studies simulating “real industry life” will enable students to obtain an end to end view on commercial manufacturing, challenges and current practices incl. quality, regulatory, business and innovation aspects. Taken together, student will be able to apply the basic principles and interactions of quality, business process management, operational excellence, technology management and supply chain management.

Contents: Technology Transfer, Equipment Characterization and Scale Up: Basic principles, risk management, facility fit /process adaptations, regulatory perspectives, business aspects, Basic scale up principles equipment characterization, tools for trouble shooting and risk mitigation, practical examples of upstream and downstream steps Introducing New Technologies and Existing Processes: Selected principles of technology & innovation management, technology roadmaps organizational aspects, change management, statistical process control and data analysis Regulatory and Quality Aspects: Regulatory agencies, current guidelines, QA/ QC aspects, risk management, IPC control product characterizations, process validation and Quality by design Operational Excellence and Supply Chain Management Aspects: Challenges in manufacturing, Basics of business process management, operational excellence, problem solving approaches (DMAIC), From development to launch; supply chain examples and risk mitigations, , facility utilization, challenges in the pharmaceutical industry Case Study: As a member of the Manufacturing Science and Technology group of a global pharmaceutical company, you are tasked to transfer a manufacturing process from Penzburg, Germany, to your facility in Oceanview, CA, USA. The product “Examplizumab” is an upcoming blockbuster with estimated sales over 3 bn USD revenue and critical to the future of the company. After launch 2 years ago the product is currently sole sourced out of Penzburg. Due to recent catastrophic event the facility in Penzburg was shut down and the management decided to establish a second supplier. The project timelines and budget is challenging. Since the product was licensed from a 3

rd party some unit operations are not comparable to your existing platform – process/ facility

changes have to be implemented as a result. You will perform facility fit/ scale up and trouble shoot issues during manufacturing The analysis, progress and success need to be presented to executive Vice President.

Teaching: Lecture including several case studies and practical examples

Prerequisites: Study courses of B.Sc.: Biochemical Engineering

Workload: 2 SWS (28 h of lectures, including graded case studies; 62 h self-dependent studies)

Examinations/Credits: Participation in case studies / 3 CP

152

Responsible module: Prof. U. Reichl, FVST Responsible lectures: Dr. M. Pohlscheidt, Genentech Inc.

Literature: Munos, B., Lessons from 60 years of Pharmaceutical Innovation. Nature Reviews, 2009; 8:959-968. Shukla A, Thömmes J, Recent Advances in Large-Scale Production of Monoclonal Antibodies and Related Proteins. Trends in Biotechnology. 2010; 28:253 – 261. Pohlscheidt et al. Avoiding Pitfalls during Technology Transfer of Cell Culture Manufacturing Processes in the Pharmaceutical Industry – Mitigating Risk and Optimizing Performance, Pharmaceutical Outsourcing, Vol 14 (2) April 2013, pp. 34-48

http://www.pharmoutsourcing.com/Featured-Articles/133770-Avoiding-Pitfalls-during-Technology-Transfer-of-Cell-Culture-Manufacturing-Processes-in-the-Pharmaceutical-Industry-Mitigating-Risk-and-Optimizing-Performance/

http://www.pharmoutsourcing.com/Featured-Articles/133770-Avoiding-Pitfalls-during-Technology-Transfer-of-Cell-Culture-Manufacturing-Processes-in-the-Pharmaceutical-Industry-Mitigating-Risk-and-Optimizing-Performance/

153

6.41 Totalsynthese von Naturstoffen


Modul: Totalsynthese von Naturstoffen

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Nach einer kurzen Reaktivierung zu den Inhalten der Vorlesungen im Grund- und Hauptstudium werden in diesem Modul Kenntnisse zu einer speziellen Gruppe von Substanzen, den Naturstoffen, vermittelt. Die Studierenden werden befähigt Strategien zur Entwicklung komplexer Naturstoffsynthesen zu finden und trainieren diese Fähigkeit an ausgewählten Beispielen.

Inhalt

Kurze Wiederholung Reaktivität, Bindungs-Theorie, Org.-Chem. Grundreaktionen

Strategien zur Entwicklung komplexer Naturstoffsynthesen

Retrosynthese

Ausgewählte Synthesen: Makrolide, Terpene, Alkaloide


Voraussetzung für die Teilnahme: abgeschlossene LV „Moderne Synthesemethoden“



Modulverantwortlicher: Prof. D. Schinzer, FVST

Literaturhinweise: Neue Arbeiten aus Zeitschriften

154

6.42 Toxikologie und Gefahrstoffe


Modul: Toxikologie und Gefahrstoffe

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden erwerben Grundkenntnisse auf den Gebieten der allgemeinen und speziellen Toxikologie sowie eine Einführung in das Gefahrstoffrecht. Sie sind in der Lage toxikologische Risiken unter Einbeziehung der erlernten Grundkenntnisse zu erkennen und zu bewerten.

Inhalt Toxikologieteil:

Einführung in die Toxikokinetik und –dynamik (Resorption, Verteilung, Speicherung, Stoffwechsel und Ausscheidung von Fremdstoffen)

Vorstellung toxikologischer Wirkprinzipien und der chemischen Kanzerogenese Wirkcharakteristika ausgewählter Stoffklassen (Lösungsmittel, Umweltschadstoffe, Metalle,

Stäube, PAK, Dioxine …) Gefahrstoffteil:

Gefahrstoff- und Chemikalienrecht Stör- und Gefahrstoffverordnung CLP-Verordnung Gefährdungsbeurteilungen nach GefStoffV Transport gefährlicher Güter

Lehrformen: Vorlesung, 2SWS; (SS)


Arbeitsaufwand: 2 SWS Präsenszeit: 28h, Selbststudium: 62h

Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: Klausur / 3 CP

Modulverantwortlicher: Dr. L. Hilfert, FVST

Literaturhinweise: [1] Manuskript der Vorlesung [2]Fuhrmann, G.F.: Toxikologie für Naturwissenschaftler, Teubner 2006 [3] Marquardt,H; Schäfer,S.G.: Lehrbuch der Toxikologie, Spektrum Akadem. Verlag, Berlin1997

155

6.43 Trocknungstechnik


Modul: Trocknungstechnik

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden verstehen die bei unterschiedlichen Trocknungsprozessen ablaufenden Wärme- und Stofftransportvorgänge und kennen die wesentlichen Ansätze zu deren Berechnung. Sie verstehen die Arten der Bindung der Flüssigkeiten an Feststoffe. Die wichtigsten Trocknertypen aus der industriellen Anwendung sind den Studenten bekannt. Sie können die wesentlichen Vor- und Nachteile der verschiedenen Trocknungsapparate für feste, flüssige und pastenförmige Güter und deren Funktionsweise erläutern und bewerten. Die Studenten sind in der Lage, insbesondere den Energieverbrauch bei den verschiedenen Trocknungsarten und deren apparativer Realisierung zu berechnen und zu bewerten. Sie haben durch eine Exkursion in ein Trocknungswerk direkten Einblick in die Betriebsabläufe und die Funktionsweise von Förderlufttrocknern.

Inhalt 1. Arten der Bindung der Flüssigkeit an ein Gut, Kapillarverhalten, ideale und reale Sorption,

Sorptionsisothermen 2. Eigenschaften feuchter Gase und deren Nutzung für die konvektive Trocknung 3. Theoretische Behandlung realer Trockner: einstufig, mehrstufig, Umluft, Inertgaskreislauf,

Wärmepumpe, Brüdenkompression 4. Kinetik der Trocknung, erster und zweiter Trocknungsabschnitt, Diffusion an feuchten Oberflächen,

Stefan- und Ackermannkorrektur, normierter Trocknungsverlauf 5. Konvektionstrocknung bei örtlich und zeitlich veränderlichen Luftzuständen 6. Wirbelschichttrocknung mit Gas und überhitztem Lösungsmitteldampf 7. Wirbelschichtgranulationstrocknung und verschiedene Schaltungsmöglichkeiten von

Trocknungsanlagen mit und ohne Wärmerückgewinnung 8. Bauarten, konstruktive Gestaltung und Berechnungsmöglichkeiten ausgewählter Trocknertypen,

wie Kammertrockner, Wirbelschichttrockner, Förderlufttrockner, Trommeltrockner, Zerstäubungstrockner, Bandtrockner, Scheibentrockner u.a.

9. Exemplarische Berechnung und apparative Gestaltung ausgewählter Trockner 10. Exkursion in ein Trocknungswerk

Lehrformen: Vorlesung (Präsentation), Übungsbeispiele, Skript, Exkursion; (SS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Grundlagen der Verfahrenstechnik



Modulverantwortlicher: Prof. E. Tsotsas, FVST Lehrende: Prof. L. Mörl, Prof. E. Tsotsas

156

Literaturhinweise: E. Tsotsas, S. Mujumdar: Modern Drying Technology, Wiley-VCH 2007; Krischer/ Kröll/Kast: „Wissenschaftliche Grundlagen der Trocknungstechnik“ (Band 1) „Trockner und Trocknungsverfahren“ (Band 2), „Trocknen und Trockner in der Produktion“ (Band 3), Springer-Verlag 1989; H. Uhlemann, L. Mörl: „Wirbelschicht-Sprühgranulation“, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg New-York 2000; eigene schriftliche Vorlesungshilfen

157

6.44 Wirbelschichttechnik


Modul: Wirbelschichttechnik

Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden verstehen die Mechanismen, die für das Zustandekommen von Wirbelschichten verantwortlich sind. Sie können die verschiedenen Arten der Feststofffluidisierung vom Festbett bis zur Flugstaubwolke unterscheiden und kennen die wichtigsten Gesetzmäßigkeiten der Berechnung der Einzelvorgänge. Sie können für beliebige Partikelsysteme den pneumatischen Existenzbereich der Wirbelschicht, deren relatives Lückenvolumen, den Druckverlust und die Höhe der Schicht berechnen. Sie sind in der Lage, den Wärme- und Stofftransport in Wirbelschichten zwischen fluidem Medium und Feststoff und zwischen Wirbelschicht und Heizflächen zu berechnen und energetisch zu bewerten. Besondere Fähigkeiten besitzen die Studierenden im Verständnis der in Wirbelschichten realisierten partikelbildenden Prozess wie Agglomeration, Granulation oder Coating und der Berechnung der zugehörigen Apparate sowohl für kontinuierlichen als auch Batch-Betrieb. Anhand der Berechnung von konkreten Beispielen haben die Studenten gelernt, ihr theoretisches Wissen praxisnah anzuwenden. Sie besitzen durch eine Exkursion in eine Wirbelschicht-Kaffee-Röstanlage (Kaffeewerk Röstfein Magdeburg) direkten Einblick in die Betriebsabläufe und die Funktionsweise von Wirbelschicht-Röst- und Kandieranlagen.

Inhalt 1. Arten von Wirbelschichten, Geldart-Klassifikation, Hydrodynamik und Existenzbereich von

Wirbelschichten, Blasenbildung in Wirbelschichten, Anströmböden von Wirbelschichten 2. Wärmetransport in Wirbelschichten, kontinuierliche und diskontinuierliche Wärmeübertragung

zwischen Fluiden und dispersen Materialien, Wärmeübertragung Wirbelschicht-Heizfläche 3. Stoffübertragung in Wirbelschichten, Modell PFTR und CSTR mit und ohne Bypass,

diskontinuierliche und kontinuierliche Wirbelschichttrocknung 4. Stoff- und Wärmeübertragung in rinnenförmigen Wirbelschichtapparaten, konstruktive Gestaltung

und Regelung von Wirbelschichtrinnen 5. Berechnung und konstruktive Gestaltung von Apparaten zur Röstung körniger Güter 6. Modellierung der Wirbelschichtsprühgranulation in Gasen und im überhitzten Wasserdampf,

Erläuterung der Populationsbilanzen für die Sprühgranulation, konstruktive Gestaltung von Wirbelschicht-Sprühgranulatoren in diskontinuierlicher und kontinuierlicher Fahrweise

7. Wirbelschichten mit Gas- und Dampfkreisläufen zur Wärmerückgewinnung, zirkulierende Wirbelschichten

8. Einsatz der Wirbelschichttechnik für Adsorption und katalytische Reaktionen

Lehrformen: Vorlesung (Präsentation), Übungsbeispiele, Skript, Exkursion; (WS)

Voraussetzung für die Teilnahme: Grundlagen der Verfahrenstechnik



158

Modulverantwortlicher: Prof. L. Mörl / Prof. E. Tsotsas, FVST

Literaturhinweise: Uhlemann/Mörl, „Wirbelschicht-Sprühgranulation“, Springer-Verlag, 2000;Verfahrenstechnische Berechnungsmethoden, Teil 2 „Thermisches Trennen“, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Stuttgart 1996; Salman, Hounslow, Seville, „Granulation“, Elsevier-Verlag 2007; Easy Coating, Verlag Vieweg und Teubner 2011.

Documents

Modulhandbuch für den Studiengang Chemieingenieurwesen ...¼cher/Bachelor+... · 5 Realisierung der zuvor auf molekularer Ebene erforschten Prozesse. Auch Disziplinen wie Bioverfahrenstechnik